Bildkredit: NASA
Förra året dog mer än en miljon människor av malaria, mestadels i Afrika söder om Sahara. Utbrott av Dengue Fever, hantavirus, West Nile Fever, Rift Valley Fever och till och med pest träffar fortfarande ibland byar, städer och hela regioner. För de dussintals eller hundratals som lider smärtsamma dödsfall, och för deras nära och kära, dessa sjukdomar måste tyckas komma över dem från ingenstans.
Ändå är dessa sjukdomar inte utan rim eller anledning. När ett utbrott inträffar beror det ofta på att miljöförhållanden som nederbörd, temperaturer och vegetation sätter scenen för en befolkningsökning i sjukdomsbärande skadedjur. Myggor eller möss eller fästingar trivs, och sjukdomen som de bär sprids snabbt.
Så varför inte titta på dessa miljöfaktorer och varna när förhållandena är mogna för ett utbrott? Forskare har blivit fröjda av denna möjlighet ända sedan idén först uttrycktes av den ryska epidemiologen E. N. Pavlovsky på 1960-talet. Nu fångar teknik och vetenskapligt kunnande upp idén och ett regionalt brett varningssystem för sjukdomsutbrott verkar vara inom räckhåll.
Ronald Welch från NASA: s globala hydrologi- och klimatcentrum i Huntsville, Alabama, är en av forskarna som arbetar för att utveckla ett så tidigt varningssystem. ”Jag har varit i malariska områden i både Guatemala och Indien,” säger han. ”Vanligtvis slås jag av fattigdomen i dessa områden, på en nivå som sällan ses i USA. Människorna är varma och vänliga och de uppskattar att de vet att vi är där för att hjälpa. Det känns väldigt bra att veta att du bidrar till lättnad av sjukdom och förhindrar död, särskilt barnen. ”
Tillvägagångssättet som används av Welch och andra kombinerar data från högteknologiska miljösatelliter med gammaldags, "khaki shorts och dammiga stövlar". Forskare söker faktiskt och besöker platser med sjukdomsutbrott. Sedan granskar de satellitbilder för att lära sig hur sjukdomsvänliga förhållanden ser ut från rymden. Satelliterna kan sedan titta på dessa förhållanden över en hel region, land eller till och med kontinenten när de tyst glider över himlen en gång om dagen, varje dag.
I Indien, till exempel, där Welch forskar, pratar hälsotjänstemän om att inrätta ett satellitbaserat malaria-system för tidig varning för hela landet. I samordning med matematikern Jia Li från University of Alabama i Huntsville och Indiens Malaria Research Center hoppas Welch att göra en pilotstudie i Mewat, ett övervägande landsbygdsområde i Indien söder om New Delhi. Området är hem för mer än 700 000 människor som bor i 491 byar och 5 städer, men är bara cirka två tredjedelar av Rhode Island.
”Vi räknar med att kunna ge varningar om hög sjukdomsrisk för en viss by eller område upp till en månad i förväg,” säger Welch. "Dessa" röda flaggor "kommer att låta hälsoombud fokusera sina vaccinationsprogram, myggsprutning och andra sjukdomsbekämpningsinsatser i de områden som behöver dem mest, kanske förhindra ett utbrott innan det händer.”
Utbrott orsakas av en förvirrande mängd olika faktorer.
För myggarter som bär malaria i Welchs studieområde, till exempel, skulle en hotspot med utbrott ha pooler med stillastående vatten där vuxna myggar kan deponera sina ägg för att mogna till nya vuxna. Dessa kan vara vilande pölar på tät, lerliknande jord efter kraftiga regn, träskmarker som ligger i närheten eller till och med regnfyllda hinkar som vanligtvis lämnas utanför av bybor. En malaria-hotspot skulle vara varmare än 18 ° C, eftersom i kallare väder fungerar den encelliga "plasmodium" -parasiten som faktiskt orsakar malaria för långsamt för att gå igenom sin infektionscykel innan värdmyggen dör. Men vädret får inte vara för varmt, annars måste myggorna gömma sig i skuggan. Luftfuktigheten måste sväva i det intervall 55-75% som dessa myggor behöver för att överleva. Företrädesvis skulle det finnas nötkreatur eller andra djur inom myggarnas flygintervall på 1 km, eftersom dessa skadedjur faktiskt föredrar att äta på djurens blod.
Om alla dessa förhållanden sammanfaller, se upp!
För att dokumentera några av dessa faktorer, till exempel jordtyp och lokala hinder som lämnar hinkar, krävs det första grundarbetet av forskare på området, konstaterar Welch. Denna information är ansluten till ett datoriserat kartläggningssystem som kallas en geografisk informationssystemdatabas (GIS). Fältarbete krävs också för att känneteckna hur den lokala myggsorten uppför sig. Biter det människor inomhus eller utomhus eller båda? Andra faktorer, som platserna för boskap och mänskliga bostäder, matas in i GIS-kartan baserad på ultrahögupplösta satellitbilder från kommersiella satelliter som Ikonos och QuickBird, som kan se föremål på marken så små som 80 cm tvärs över. Sedan härrör regionomfattande variabler som temperatur, nederbörd, vegetationstyper och markfuktighet från satellitdata med medelupplösning, till exempel från Landsat 7 eller MODIS-sensorn på NASA: s Terra-satellit. (MODIS står för MODerate-resolution Imaging Spectrometer.)
Forskare matar all denna information i en datorsimulering som går ovanpå en digital karta över landskapet. Sofistikerade matematiska algoritmer tuggar på alla dessa faktorer och spottar upp en uppskattning av risken för utbrott.
Den grundläggande sundheten för denna metod för att uppskatta sjukdomsrisk har bekräftats av tidigare studier. En grupp från University of Nevada och Desert Research Institute kunde "förutsäga" historiska frekvenser av hjort-musinfektion av Sin Nombre-viruset med upp till 80% noggrannhet, baserat endast på vegetationstyp och densitet, höjd och sluttning av land- och hydrologiska funktioner, allt härledd från satellitdata och GIS-kartor. En gemensam NASA Ames / University of California vid Davis-studien uppnådde en 90% framgångsrate när det gäller att identifiera vilka risfält i centrala Kalifornien som skulle föda upp ett stort antal myggor och vilka skulle avla färre, baserat på Landsat-data. Ett annat Ames-projekt förutspådde 79% av byarna med hög mygga i Chiapas-regionen i Mexiko baserat på landskapsfunktioner sett i satellitbilder.
Perfekta förutsägelser kommer sannolikt aldrig att vara möjliga. Liksom vädret är fenomenet mänsklig sjukdom för komplicerat. Men dessa uppmuntrande resultat antyder att rimligt noggranna riskberäkningar kan uppnås genom att kombinera gammaldags fältarbete med det senaste inom satellitteknologier.
"Alla nödvändiga pusselbitar finns där," säger Welch och erbjuder hopp om att snart sjukdomsutbrott som verkar komma "från ingenstans" kommer att fånga människor mycket mindre ofta.
Originalkälla: NASA Science Story
