Integrated management of vector borne diseases in conditions of humanitarian crisis with emphasis on vector control: the refugee example of Greece

Abstract

Vector borne diseases are a major cause of human suffering, disproportionately affecting poor and marginalized populations. Over the past decade, Greece and neighboring countries have witnessed the emergence and resurgence of several mosquito and sand fly borne diseases, posing eminent public health challenges. Within this intense vector borne disease (VBD) landscape, thousands of refugees are currently hosted in poorly structured and overcrowded temporary settlements, potentially facing an increased risk of exposure to disease. Public health protection against VBDs largely relies on vector control programs utilizing insecticides to manage vector populations. However, a worldwide problem associated with the extensive use of a limited number of available insecticides is the development of insecticide resistance in vector populations, threatening intervention effectiveness. Developing evidence based context specific vector control programs and managing insecticide resistance is imperative for effective VBD control. Essential prerequisites for this include identifying and detecting molecular mechanisms conferring resistance, developing integrated surveillance systems with a focus on settings of increased epidemiological significance and translating the surveillance data into actionable information. This PhD was conducted in three research parts. In part 1, Culex pipiens mosquitoes, the primary vector of West Nile Virus, were analyzed for mutations conferring resistance to diflubenzuron (DFB), one of the most used insecticides in mosquito larval control. Sequencing analyses in populations form Italy revealed the presence of a newly identified mutation in the mosquito Chitin synthase gene (CHS); namely I1043F. This mutation (also found in agricultural pests and shown to confer striking levels of DFB resistance) was found to be substantially higher in Cx. pipiens mosquitoes surviving high DFB doses. Monitoring I1043F and the previously reported mutations I1043L and I1043M in Cx. pipiens mosquitoes from several Mediterranean countries recorded high mutation frequencies in populations from Italy, reaching 93.3% for I1043M, 64.8% for I1043L and 10% for I1043F; raising major concern for mosquito control programs in Europe, and highlighting the necessity for the development of appropriate insecticide resistance management programs. I also analyzed sand fly leishmania vectors, collected from Greece and Turkey for the presence and frequency of target-site knockdown resistance (kdr) mutations associated with resistance to pyrethroids (i.e. the most widely used adulticide against mosquito and sand fly). Mutation L1014F (associated with pyrethroid resistant phenotypes in many insects upon homozygosity) was detected in Phlebotomus papatasi sand flies from Sanliurfa Turkey at an allele frequency of 48% with L1014F/L1014F homozygotes representing 32% of the population. This is the first report for the detection of resistance mutations in the major leishmaniasis vector P. papatasi and is of high concern regarding leishmaniasis control. In part 2: A vector/pathogen surveillance network was deployed in four temporary refugee camps in Greece. Important mosquito and sand fly disease vectors were recorded and high Leishmania donovani and L. tropica infection rates were detected in the sampled sand flies, indicating increased risk for VBD infection among local populations. In addition, monitoring for kdr and CHS mutations in vector species revealed the presence of kdr mutations in local Cx. pipiens and Aedes albopictus populations posing a potential threat against the effectiveness of pyrethroid insecticides in these settings. Τhe establishment of VBD surveillance/control programs in refugee settlements and the realization of targeted actions ensuring adequate living conditions are essential for protecting refugee populations against VBDs. In part3: I designed VectorMap-GR: an online, open access, operational management tool for entomological monitoring data, supporting the production of operationally relevant surveillance outputs. The system also allows comparisons and associations of entomological data with complementary epidemiological datasets and GIS layers. The new tool uptake in vector control programs may help prioritize areas in regards to VBD transmission vulnerability, deploy timely and appropriate control responses and evaluate current and past control programs.

Οι εντομομεταδιδόμενες ασθένειες αποτελούν ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα πλήττοντας δυσανάλογα φτωχούς και περιθωριοποιημένους πληθυσμούς. Κατά την τελευταία δεκαετία, η Ελλάδα και γείτονες χώρες είναι αντιμέτωπες με την εμφάνιση/επανεμφάνιση σημαντικών ασθενειών που μεταδίδονται από κουνούπια και φλεβοτόμους - θέτοντας σημαντικές προκλήσεις για τη δημόσια υγεία. Μέσα σε αυτό το έντονο επιδημιολογικό περιβάλλον, χιλιάδες πρόσφυγες διαμένουν επί του παρόντος σε προσωρινές δομές υπό ανεπαρκείς συνθήκες διαβίωσης, ενδεχομένως αντιμετωπίζοντας αυξημένο κίνδυνο έκθεσης στα εν λόγω νοσήματα. Η προστασία της δημόσιας υγείας έναντι των εντομεταδιδόμενων ασθενειών βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε προγράμματα καταπολέμησης των φορέων με την χρήση εντομοκτόνων. Ωστόσο, ένα παγκόσμιο πρόβλημα που σχετίζεται με την εκτεταμένη χρήση περιορισμένου αριθμού διαθέσιμων εντομοκτόνων είναι η ανάπτυξη ανθεκτικότητας στα εντομοκτόνα σε πληθυσμούς φορέων, απειλώντας την αποτελεσματικότητα των παρεμβάσεων. Η ανάπτυξη κατάλληλων προγραμμάτων καταπολέμησης (βασιζόμενα σε δεδομένα επιτήρησης) και η διαχείριση της ανθεκτικότητας στα εντομοκτόνα αποτελούν επιτακτική ανάγκη για τον αποτελεσματικό έλεγχο των φορέων και των ασθενειών που μεταδίδουν. Βασικές προϋποθέσεις για αυτό περιλαμβάνουν, ο εντοπισμός μοριακών μηχανισμών που προσδίδουν ανθεκτικότητα, η ανάπτυξη ολοκληρωμένων συστημάτων επιτήρησης με έμφαση σε περιοχές αυξημένης επιδημιολογικής σημασίας και η μετατροπή των δεδομένων επιτήρησης σε επιχειρησιακή γνώση/πληροφορία. Η διδακτορική μου μελέτη πραγματοποιήθηκε σε τρία ερευνητικά μέρη. Στο 1ο μέρος, αναλύθηκαν κουνούπια Culex pipiens – που είναι ο κύριος φορέας του ιού του Δυτικού Νείλου, για μεταλλαγές που παρέχουν ανθεκτικότητα στο diflubenzuron (DFB), ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα προνυμφοκτόνα. Αναλύσεις αλληλούχισης σε πληθυσμούς από την Ιταλία αποκάλυψαν την παρουσία μιας νέας μεταλλαγής, της I1043F, στο γονίδιο συνθάσης της χιτινής (CHS) των κουνουπιών. H συγκεκριμένη μεταλλαγή (η οποία έχει βρεθεί επίσης σε έντομα γεωργικής σημασίας και έχει συσχετιστεί με πολύ υψηλά επίπεδα ανθεκτικότητας στο DFB) βρέθηκε να είναι σημαντικά υψηλότερη σε Cx. pipiens κουνούπια που επιβίωσαν σε υψηλές δόσεις DFB. Αναλύσεις για την παρουσία/συχνότητα της I1043F και των μεταλλαγών I1043L και I1043M που έχουν εντοπιστεί παλαιότερα, σε Cx. pipiens κουνούπια από διάφορες χώρες της Μεσογείου κατέγραψαν υψηλές συχνότητες μεταλλαγών σε πληθυσμούς από την Ιταλία, φτάνοντας το 93,3% για την I1043M, το 64,8% για την I1043L και το 10% για την I1043F, εγείροντας μεγάλη ανησυχία για τα προγράμματα καταπολέμησης κουνουπιών στην Ευρώπη και επισημαίνοντας την αναγκαιότητα ανάπτυξης κατάλληλων προγραμμάτων διαχείρισης της ανθεκτικότητας. Επίσης ανέλυσα σκνίπες-φορείς λεϊσμανίασης που συλλέχθηκαν από την Ελλάδα και την Τουρκία για την παρουσία και τη συχνότητα μεταλλαγών kdr που σχετίζονται με ανθεκτικότητα στα πυρεθροειδή (τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα ακμαιοκτόνα). Η μεταλλαγή L1014F (η οποία σε ομοζυγωτία έχει συσχετιστεί με ανθεκτικούς φαινοτύπους στα πυρεθροειδή σε πολλά έντομα) ανιχνεύθηκε σε δείγματα Phlebotomus papatasi από την Sanliurfa, Τουρκία σε αλληλική συχνότητα 48% με τα L1014F/L1014F ομόζυγα άτομα να αντιπροσωπεύουν το 32% του πληθυσμού. Αυτή είναι η πρώτη αναφορά μεταλλαγών ανθεκτικότητας στον κύριο φορέα λεϊσμανίασης P. papatasi, προκαλώντας ιδιαίτερη ανησυχία για την καταπολέμηση της λεϊσμανίασης. Στο 2ο μέρος: Αναπτύχθηκε ένα δίκτυο επιτήρησης φορέων / παθογόνων σε τέσσερα κέντρα φιλοξενίας προσφύγων στην Ελλάδα. Καταγράφηκαν σημαντικά είδη κουνουπιών και σκνιπών - φορείς παθογόνων καθώς και υψηλά ποσοστά μόλυνσης από Leishmania donovani και L. tropica σε δείγματα σκνιπών, δείχνοντας πως οι τοπικοί προσφυγικοί πληθυσμοί αντιμετωπίζουν αυξημένο κίνδυνο μόλυνσης από εντομομεταδιδόμενες ασθένειες. Επιπλέον, αναλύσεις στα συλλεχθέντα άτομα κουνουπιών/σκνιπών για την παρουσία/συχνότητα μεταλλαγών kdr και ανθεκτικότητας στο DFB, αποκάλυψε την παρουσία μεταλλαγών kdr σε τοπικούς πληθυσμούς Cx. pipiens και Aedes albopictus, αποτελώντας πιθανή απειλή κατά της αποτελεσματικότητας πυρεθροειδών εντομοκτόνων στα υπό μελέτη κέντρα. Η καθιέρωση προγραμμάτων επιτήρησης / καταπολέμησης εντομομεταδιδόμενων ασθενειών σε οικισμούς προσφύγων και η πραγματοποίηση στοχοθετημένων δράσεων για την διασφάλιση επαρκών συνθηκών διαβίωσης, αποτελούν απαραίτητες ενέργειες για την προστασία των προσφυγικών πληθυσμών. Στο 3ο μέρος : Σχεδίασα το VectorMap-GR: ένα ανοιχτής πρόσβασης επιχειρησιακό εργαλείο διαχείρισης εντομολογικών δεδομένων, που υποστηρίζει την παραγωγή επιχειρησιακών GIS χαρτών και γραφημάτων. Το σύστημα επιτρέπει επίσης συγκρίσεις και συσχετίσεις των εντομολογικών δεδομένων με σύνολα επιδημιολογικών δεδομένων. Η ενσωμάτωση του νέου εργαλείου σε προγράμματα καταπολέμησης μπορεί να βοηθήσει στην ιεράρχηση περιοχών σε σχέση με την ευπάθεια μετάδοσης ασθενειών, την ανάπτυξη έγκαιρων και κατάλληλων αποκρίσεων ελέγχου/καταπολέμησης καθώς και την αξιολόγηση τρεχόντων και προηγούμενων προγραμμάτων καταπολέμησης.