Application of stochastic models to assess the probability of introduction and persistence of bluetongue in an area

Abstract

Aunque la transmisión del virus de la lengua azul (VLA) aparentemente se interrumpe durante el invierno, los brotes a menudo reaparecen en la siguiente temporada. Para evaluar la probabilidad de que el VLA sobreviva al invierno a través de la persistencia en vectores adultos, hospedadores o una combinación de ambos, se desarrolló un modelo de evaluación del riesgo estocástico. Además, el modelo permite evaluar el papel que juega el número residual de vectores presentes durante el invierno, y el papel desempeñado por los Culicoides con comportamiento endofílico. El modelo se aplicó a un escenario real, la persistencia del VLA en Alemania entre 2006 y 2007. Los resultados mostraron que la presencia de vectores durante el invierno permitiría la transmisión durante este periodo, y que mientras que la transmisión se vería favorecida por el comportamiento endofílico, su efecto era limitado. A pesar de que la transmisión por los mecanismos estudiados era posible, la probabilidad parecía demasiado baja para explicar la reaparición de la enfermedad observada en Alemania. Las redes de transporte y comercio continúan expandiéndose, y una consecuencia importante es la importación de patógenos transmitidos por vectores. Un aspecto importante de la epidemiología de la lengua azul (LA) es la posibilidad de que Culicoides infectados sean introducidos a través de redes de transporte y comerciales. Por tanto, se desarrolló un modelo estocástico de evaluación de riesgos para calcular la probabilidad de aparición de un brote de lengua azul, por introducción de Culicoides a través de estas redes. El modelo se aplicó al riesgo de una epidemia del serotipo 8 en España en 2007 por el transporte de Culicoides desde los países afectados del norte de Europa, independientemente del mecanismo de introducción del vector. El riesgo anual ponderado parecía ser bajo (entre 3.2x10-7 y 6.4x10-12), aunque había grandes diferencias dependiendo del país de origen, con las probabilidades más elevadas desde Bélgica, Holanda, Alemania y Francia. Para que este mecanismo supusiera un riesgo significativo para los países libres, el número de vectores transportados tendría que ser elevado. La hipótesis de que los toros infectados pueden excretar virus a través de su esperma dio lugar a restricciones en el comercio internacional de semen y al establecimiento de medidas preventivas. Sin embargo, ni el riesgo de transmisión de LA por el semen, ni la eficacia de estas medidas se han evaluado cuantitativamente. El objetivo del estudio fue calcular por medio de un modelo estocástico, en caso de introducción de la LA en un centro de recogida de semen bovino (CRS), tanto el riesgo de transmisión del VLA a través de semen de bovino, como la reducción de dicho riesgo por aplicación de medidas preventivas. El modelo se aplicó a diferentes escenarios, dependiendo por ejemplo del tipo de prueba diagnóstica empleada, el intervalo entre los controles de los toros donantes, o la tasa de dispersión del VLA dentro del CRS. Los controles cada 60 días por ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA) parece ser un método poco eficaz para reducir el riesgo de transmisión por semen en comparación con la reacción en cadena de polimerasa (PCR) cada 28 días. Un aumento en la tasa de propagación del VLA dentro del CRS reduce el riesgo de transmisión por el semen. El almacenamiento de semen por 30 días antes de su distribución parece ser eficaz para reducir el riesgo de transmisión. El análisis de sensibilidad identificó la probabilidad de excreción del VLA en semen como un parámetro crucial. Sin embargo, existe un alto grado de incertidumbre asociado a este parámetro, con diferencias significativas en función del serotipo del virus.

Even though bluetongue virus (BTV) transmission is apparently interrupted during winter, bluetongue outbreaks often reappear in the next season (overwintering). In order to assess the probability of BTV overwintering by persistence in adult vectors, ruminants (through prolonged viraemia) or a combination of both, a quantitative risk assessment model was developed. Furthermore, the model allowed the role played by the residual number of vectors present during winter to be examined, and the effect of a proportion of Culicoides living inside buildings (endophilic behaviour) to be explored. The model was then applied to a real scenario: overwintering in Germany between 2006 and 2007. The results showed that the limited number of vectors active during winter seemed to allow the transmission of BTV during this period, and that while transmission was favoured by the endophilic behaviour of some Culicoides, its effect was limited. Even though transmission was possible, the likelihood of BTV overwintering by the mechanisms studied seemed too low to explain the observed re-emergence of the disease. Transport and trade networks continue to expand, and one important consequences of this expansion is vector-borne pathogen importation. One important aspect of BT epidemiology is the potential for movement of infected adults Culicoides via local and global transportation networks. Therefore, a stochastic risk assessment model was constructed to assess the probability of development of a BTV outbreak as a consequence of the introduction of infected Culicoides via transport and trade networks. The model was applied to calculate the risk of a BTV-8 epidemic in Spain in 2007 as the consequence of the transport of a Culicoides from the affected Northern European countries, regardless of the mechanism by which the midge was introduced. The weighted annual risk by transportation of a single Culicoides from the affected Northern European countries seemed to be low (between 3.2x10-7 and 6.4x10-12) although there were major differences among countries, with the highest risks by Culicoides imported from Belgium, the Netherlands, Germany and France. For this mechanism to pose a significant risk to BTV-free countries, large number of vectors would have to be transported. The hypothesis that infected bulls could excrete BTV in their semen led to restrictions on international trade of ruminant semen and the establishment of measures to prevent BTV transmission by semen. However, neither the risk of BTV transmission by semen nor the effectiveness of these measures was estimated quantitatively. The objective of the study was to assess, in case of introduction of BTV into a bovine semen collection centre (SCC), both the risk of BTV transmission by bovine semen and the risk reduction achieved by the preventive measures available, by means of a stochastic risk assessment model. The model was applied to different scenarios, depending on for example the type of diagnostic test and the interval between the controls of donor bulls, or the rate of BTV spread within the SCC. Enzyme-linked immunosorbant assay (ELISA) controls of donor bulls every 60 days seemed to be an ineffective method for reducing the risk of BTV transmission in contrast to polymerase chain reaction (PCR) tests every 28 days. An increase in the rate of spread within the SCC resulted in a reduced risk of BTV transmission by semen. The storage of semen for 30 days prior to dispatch seemed to be an efficient way of reducing the risk of transmission by semen. The sensitivity analysis identified the probability of BTV shedding in semen as a crucial parameter in the probability of BTV transmission by semen. However, there is a great degree of uncertainty associated with this parameter, with significant differences depending on the BTV serotype.