Dottorato in ADVANCES IN INFECTIOUS DISEASES, MICROBIOLOGY, LEGAL
MEDICINE AND PUBLIC HEALTH SCIENCES

Titolo della tesi: Eco-epidemiological analysis of malaria transmission in Goden village, Burkina Faso

Introduzione. La malaria è la principale malattia parassitaria a livello globale e una sfida sanitaria cruciale in Africa sub-sahariana. Il Burkina Faso è tra i paesi più colpiti, con trasmissione intensa e perenne. Nonostante l’utilizzo di tecniche di controllo vettoriale tra cui la distribuzione su larga scala di zanzariere trattate con insetticidi (ITNs) dal 2010, la trasmissione rimane elevata. L’uso prolungato di insetticidi piretroidi ha selezionato resistenze fisiologiche e comportamentali nei vettori Anopheles, riducendo l’efficacia del controllo. Inoltre, la trasmissione, intrinsecamente eterogenea, è ulteriormente influenzata da fattori ecologici e sociali che determinano variazioni locali nel contatto uomo–vettore, riducendo l’effetto protettivo delle ITNs. Sito di studio. Il villaggio rurale di Goden, in Burkina Faso, rappresenta un sito di studio ideale dove la malaria, causata quasi esclusivamente da Plasmodium falciparum, rimane elevata nonostante le numerose campagne di distribuzione su larga scala di ITNs. Nel corso di oltre un decennio di implementazione delle ITNs, sono stati raccolti dati approfonditi sui principali vettori di malaria nel villaggio, Anopheles coluzzii e Anopheles arabiensis, tra cui la loro abbondanza, la resistenza agli insetticidi, i tassi di infezione e i tratti comportamentali. Obiettivi della ricerca. Questa ricerca di dottorato ha indagato i fattori che determinano la trasmissione della malaria nel villaggio di Goden concentrandosi su tre aspetti complementari ma interconnessi: (i) le interazioni uomo–vettore e come i modelli comportamentali influenzano l’esposizione; (ii) le dinamiche della resistenza agli insetticidi nelle popolazioni di Anopheles; (iii) la distribuzione spaziale dell’abbondanza dei vettori e del rischio di trasmissione. Metodi. Le raccolte entomologiche sono state effettuate nel villaggio mediante metodi standard, tra cui catture su uomo (HLC, nel 2020) per 16 ore (16:00–08:00) sia all’interno che all’esterno delle abitazioni, raccolte con insetticidi (PSC) all’interno delle abitazioni (nel 2019 e 2020). In parallelo gli abitati sono stati sottoposti a questionari sulle attività quotidiane e sull’uso delle ITNs. L’identificazione delle specie è stata effettuata mediante PCR per distinguere i membri del complesso Anopheles gambiae. Il rilevamento molecolare del Plasmodium nel torace e nell’addome, insieme all’analisi dei pasti ematici, ha permesso di calcolare i principali parametri entomologici di trasmissione (indice di pasto ematico effettuato su uomo, HBI; pasti ematici umani infetti, IHBM; indice sporozoitico, SR; indice oocistico, OR; tasso di inoculazione entomologica, EIR). Le analisi molecolari su campioni di zanzare raccolti durante lo studio longitudinale nel 2011, 2015 e 2020, hanno permesso di identificare mutazioni nel sito bersaglio (resistenza knock-down, kdr) associate alla resistenza ai piretroidi. Le analisi statistiche hanno permesso di identificare i principali pattern di contatto uomo–vettore (modelli additivi generalizzati, GAM), investigare le tendenze nell’abbondanza delle zanzare (modelli lineari generalizzati e misti, GLM e GLMM) e la distribuzione spaziale dei parametri di trasmissione (interpolazione spaziale, IDW e modelli GAM e GAMLSS). Risultati e discussione. Combinando le raccolte di zanzare in cerca di ospite (HLC) con indagini sulle abitudini della popolazione e l’uso delle ITNs, sono state individuate lacune critiche nella protezione. Nonostante una copertura di ITNs quasi universale nel villaggio (95%) ed una diminuzione nel SR rispetto a precedenti campionamenti (SR: 2% nel 2020; SR: 6% nel 2015) è stata osservata un’elevata pressione di puntura (fino a 20 Anopheles/persona/ora). Questo indica che sebbene le ITNs svolgano un parziale effetto di protezione individuale sulla popolazione il loro effetto letale potrebbe essere ridotto, in linea con l’elevata frequenza di resistenza ai piretroidi rilevata nel villaggio. L’analisi dei ritmi di puntura ha evidenziato un allungamento del ritmo di puntura dei due vettori ed una ridotta protezione nelle prime ore serali (16:00–18:00) e mattutine (07:00–08:00) quando gli abitanti sono svegli e non protetti. Il picco di rischio di trasmissione (00:00-04:00) è coinciso con il picco di attività di A. coluzzii, vettore più abbondante, ubiquitario (all’interno ed esterno) e con SR più elevato (2,7% contro lo 0,05% di A. arabiensis; χ² = 2,96; p < 0,05). L’EIR stimato (6,7 punture infettive/persona in 16 ore) dopo aver corretto per l’uso delle ITNs e le abitudini di sonno si è ridotto in modo sostanziale (1,2–1,9 punture infette/uomo) equivalendo a circa 0,7 punture infettive/persona. Ciò evidenzia che, anche con alta copertura e uso delle ITNs, la trasmissione persiste per la sovrapposizione tra attività umane e vettoriali. L’analisi genetica ha mostrato un aumento nel tempo delle mutazioni di resistenza kdr (1014F, 1014S, 402L) e la presenza di vettori multi-resistenti. In A. coluzzii, l’allele 1014F è diminuito mentre 402L è aumentato (entrambi ~50% nel 2020), mentre in A. arabiensis, L1014S è stato sostituito da L1014F. Questi andamenti discordanti indicano differenze nella selezione delle resistenze legate al comportamento ecologico dei due vettori. L’analisi spaziale (59 case, nel 2019) ha mostrato A. coluzzii fortemente antropofila (HBI 53% vs 13% in A. arabiensis, p < 0,05), più infettiva (SR 12% vs 4%, p < 0,05) e più abbondante all’interno delle abitazioni, confermando precedenti studi (PSC nel 2011). Lo studio ha mostrato un’elevata circolazione parassitaria nella popolazione (43% dei pasti umani infetti) e una distribuzione eterogena dei parametri entomologici (HBI, IHBM, SR). I valori più elevati di HBI, IHBM ed SR sono stati riscontrati nell’area nord-occidentale del villaggio dove i) la popolazione è maggiormente esposta alle punture delle zanzare ii) vi sono punture più infettive iii) e le zanzare potrebbero ricevere un maggior numero di pasti umani infetti. Le zanzare infette hanno mostrato maggiore antropofilia 31% contro 4%, p < 0,05), suggerendo un legame diretto tra serbatoio umano e aumento del ritmo di puntura su umano. I modelli statistici hanno evidenziato un effetto marcato delle coordinate spaziali su HBI e abbondanza di zanzare mentre le variabili ambientali hanno mostrato un impatto limitato. La componente spaziale è stata ulteriormente confermata nelle analisi preliminari delle PSC del 2020, dove è emerso un potenziale collegamento tra abbondanza di zanzare e vicinanza a corpi idrici, nonché un potenziale effetto della disponibilità di ospiti sul numero di zanzare ingorgate raccolte. Conclusioni. L’insieme dei risultati mostra come la trasmissione di malaria nel villaggio di Goden sia determinata dall’interazione tra comportamento umano, resistenza agli insetticidi ed eterogeneità spaziale. Questi fattori, congiuntamente, sostengono una trasmissione residua nonostante la copertura quasi universale delle ITNs. Il controllo efficace della malaria richiede quindi strategie che vadano oltre la distribuzione di massa delle ITNs, affrontando simultaneamente l’esposizione e il comportamento umano, la gestione della resistenza e la pianificazione spaziale degli interventi. Le misure potenziali includono educazione comunitaria e la protezione all’aperto, la rotazione di insetticidi, la distribuzione di zanzariere di nuova generazione e interventi mirati nelle aree ad alto rischio, come la gestione dei focolai larvali. Il monitoraggio continuo del comportamento umano, dell’ecologia vettoriale e dell’evoluzione della resistenza rimangono essenziali per informare programmi di controllo adattivi e specifici per il contesto. CC BY-NC “Il presente documento è distribuito secondo la licenza Creative Commons CC BY-NC, attribuzione, non usi commerciali.”