От блох зависит, вспыхнет ли чума среди грызунов

Чума, вызываемая чумной палочкой Yersinia pestis, в настоящее время существует практически исключительно в животных сообществах, преимущественно у представителей семейства мышиных (крыс, мышей и песчанок) и беличьих (белок, сурков и луговых собачек). В популяциях этих животных часто наблюдаются плохо изученные колебания уровня заболеваемости, в которых эпизоотии — аналог эпидемий в животных популяциях — могут вспыхивать в популяциях, ранее находившихся в состоянии энзоотии — стабильного уровня заболеваемости, существующего без внешнего источника. Эпизоотии могут также возникать при реинтродукции чумной палочки в популяцию. Ученые из Национального института аллергии и инфекционных заболеваний и Университета Монтаны (США) описали роль передачи Y. pestis блохами на ранних стадиях заражения в эпидемиологической динамике чумы в животных популяциях.

Блохи являются основным вектором чумы в природных популяциях. Они заражаются чумной палочкой при кормлении на больных животных и в дальнейшем распространяют заболевание при кормлении на здоровых особях. Выделяют три стадии заражения блох, на которых они могут передавать заболевание. Первая — ранняя — стадия обычно ограничивается первой неделей после заражения блохи. Во время этой стадии заражение происходит за счет попадания зараженной крови больного животного из желудка блохи в кровь здорового животного при укусе. На второй стадии бактерии начинают формировать биопленку, препятствующую продвижению крови, поглощаемой блохой, из пищевода в нижележащие отделы ЖКТ. На третьей стадии пленка полностью блокирует пищевод, что приводит к накоплению в нем крови при питании блохи. Накопленная кровь, в которую уже попали бактерии с биопленки, далее отрыгивается обратно в место укуса.

В новом исследовании авторы изучили эффективность трансмиссии чумной палочки на разных стадиях. Они использовали блох вида Oropsylla montana. Блохам позволяли кормиться на образцах крови мышей или крыс, содержащих крайне высокие концентрации Y. pestis (от 5 до 8x10⁸ бактерий на миллилитр). Далее состояние блох отслеживали в течении четырех недель. Ученые обнаружили, что на динамику заболевания у блох сильно влиял вид хозяина, от которого произошло заражение, — более половины насекомых, зараженных через питание на мышиной крови, оказались свободны от инфекции к третьему дню после заражения, в то время как 90% блох, зараженных крысиной кровью, оставались инфицированными на протяжении всего периода. У зараженных крысиной кровью блох также наблюдалась в два раза большая частота образования биопленки в кишечнике — 21% против 11% у блох, зараженных мышиной кровью.

Для непосредственной оценки эффективности передачи заболевания блохам, находящимся на разных стадиях инфекции, позволяли кормиться на небольшом резервуаре стерильной крови. После этого ученые измеряли содержание колониеобразующих единиц (CFU) в резервуаре — метод подсчета, учитывающий только живые бактерии.

Эффективность трансмиссии на ранних стадиях инфекции оказалось низкой — 3% (1 из 38) блох, зараженных мышиной кровью, перенесли возбудитель в тестовый резервуар и в крайне малом количестве (1 CFU). Среди блох, зараженных крысиной кровью, 10% (4 из 42) блох перенесли в тестовый резервуар от 3 до 72 CFU.

Эффективность трансмиссии на второй стадии также оказалась невысокой — около 10% вне зависимости от источника заражения. В то время как эффективность трансмиссии на третьей стадии оказалась высокой как при заражении мышиной, так и крысиной кровью — 50% и 67% соответственно.

Полученные данные ученые использовали для создания компьютерной модели, позволяющей предсказывать эпидемиологическую динамику чумы в животных популяциях в разных условиях. Ученые тестировали модель при стартовых условиях в виде одного зараженного животного, девяти здоровых животных и 50 неинфицированных блох. В качестве варьирующихся элементов выступала устойчивость животных к заболеванию — размер летальной дозы бактерий в CFU — и стадии инфицирования блох, на которых может происходить заражение. Период симуляции составил 100 дней.

Результаты работы модели показали, что при трансмиссии на всех стадиях эпизоотические сценарии (определяемые как более 50% кумулятивной смертности) достигались в уязвимых популяциях (LD=1 CFU) вне зависимости от источника заражения, а при LD=10 CFU — только при заражении крысиной кровью. При LD=100 CFU во всех случаях развивались энзоотические сценарии (менее 50% смертности).

При трансмиссии только на ранних стадиях эпизоотические сценарии развивались только в наиболее уязвимых популяциях и при заражении блох крысиной кровью. При модификации модели для одновременного кормления 10 блох (для сравнения с результатами других исследований), эпизоотические сценарии достигались в наиболее уязвимых популяциях при заражении мышиной кровью и при двух нижних уровнях устойчивости (LD=1, 10 CFU) при заражении крысиной кровью.

Наконец, ученые рассчитали плотность популяции блох — количество насекомых на одного хозяина — необходимое для развития различных сценариев. Анализ показал, что, если трансмиссия заболевания возможна на всех стадиях, то пять блох на животное было достаточно для развития энзоотии, а 4–20 (в зависимости от источника заражения и устойчивости популяции) блох на животное было достаточно для развития эпизоотии. При оценке необходимой численности блох при трансмиссии только на ранней или поздних стадиях инфекции ученые обнаружили, что для трансмиссии на ранних стадиях необходимая плотность была выше во всех сценариях. Так, для LD=10 при трансмиссии на поздних стадиях было достаточно шесть блох на животное, на ранних стадиях — 25 блох на животное. Трансмиссия только на ранней стадии также не позволяла поддерживать энзоотическое состояние.

Таким образом, ученые показали, что трансмиссия чумы на ранних стадиях инфицирования блох может вызывать вспышки только в крайне уязвимых популяциях. В более устойчивых популяциях малое количество передающихся на ранних стадиях CFU, по мнению ученых, может способствовать иммунизации популяции и дальнейшему повышению устойчивости. Работа также продемонстрировала высокое влияние источника заражения на распространение заболевания.

Пандемия чумы сделала нас более чувствительными к аутоиммунным заболеваниям