Investigating the epidemiology of West Nile virus in its primary hosts and potential vectors in Cyprus

Abstract

Ο ιός του Δυτικού Νείλου (ΙΔΝ) είναι ένα παθογόνο που μεταδίδεται μέσω των κουνουπιών προκαλώντας μολύνσεις σε ανθρώπους, άλογα και πτηνά. Στη φύση ο ΙΔΝ διατηρείται σε ενζωοτικό κύκλο μεταξύ πτηνών και κουνουπιών, με τα πτηνά να είναι οι κύριοι ξενιστές που ενισχύουν τη δεξαμενή του ιού και τα κουνούπια να είναι οι κύριοι φορείς μετάδοσής του. Ο ιός αυτός μπορεί να οδηγήσει σε νευροδιεισδυτική νόσο, όπως εγκεφαλίτιδα, μηνιγγίτιδα, ή οξεία χαλαρή παράλυση. Μέχρι σήμερα, από τότε που ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά σε περιοχή του Δυτικού Νείλου στην Ουγκάντα, έχει εξαπλωθεί παγκοσμίως και διαδίδεται συνεχώς. Το πρώτο ανθρώπινο περιστατικό λοίμωξης από τον ΙΔΝ στην Κύπρο έχει καταγραφεί το 2016, το δεύτερο το 2018 και ένα σύνολο από ανθρώπινα περιστατικά το 2019. Αυτή η διδακτορική μελέτη στόχευε στην παρακολούθηση των κουνουπιών στις πέντε επαρχίες της Κυπριακής Δημοκρατίας και την επιτήρηση του ιού σε κουνούπια που συλλέχθηκαν το 2019, καθώς και σε άγρια πτηνά που συνελήφθησαν μεταξύ 2015-2020 για την εκτίμηση επικινδυνότητας και τον εντοπισμό περιοχών κινδύνου. Επιπλέον, μελετήθηκε η σχέση μεταξύ του αριθμού των συλλεγόμενων κουνουπιών και των καιρικών συνθηκών για τον εντοπισμό παραμέτρων που θα μπορούσαν να προβλέψουν την παρουσία και την αφθονία των κουνουπιών. Τα πιο άφθονα είδη κουνουπιών που συλλέχθηκαν ήταν Aedes detritus, Culex pipiens, και Culiseta longiareolata. Καθένα από αυτά τα είδη προτιμούσε διαφορετικό σύνολο περιβαλλοντικών συνθηκών, με το Aedes detritus να εμφανίζεται σε μεγαλύτερους αριθμούς νωρίς κατά τη διάρκεια του έτους όταν ο καιρός ήταν πιο δροσερός και πιο ξηρός, το Culex pipiens να είναι πιο άφθονο αργότερα μέσα στο έτος όταν ο καιρός ήταν είτε πιο ζεστός είτε πιο υγρός, αλλά όχι και τα δύο και το Culiseta longiareolata να εμφανίζεται σε μεγαλύτερους αριθμούς σε πιο υγρές περιοχές. Επιπρόσθετα, κουνούπια θετικά στον ΙΔΝ καταγράφηκαν για πρώτη φορά στην Κύπρο. Συγκεκριμένα, μία από τις 126 ομάδες κουνουπιών που εξετάστηκαν για τον ΙΔΝ βρέθηκε θετική στην παρουσία του RNA του ιού. Η σχετικά χαμηλή θετικότητα του ΙΔΝ στα κουνούπια μπορεί να αποδοθεί στον χαμηλό αριθμό κουνουπιών που εξετάστηκαν σε σχέση με άλλες μελέτες. Βάσει των ανθρώπινων περιστατικών, ο ιός πιθανόν να υπάρχει και σε άλλες επαρχίες, πέραν της θετικής ομάδας κουνουπιών που εντοπίστηκε στη Λευκωσία. Επιπλέον, 11 από τα 836 δείγματα αίματος πτηνών που εξετάστηκαν βρέθηκαν οροθετικά για τα αντισώματα IgY έναντι στον ιό. Η οροθετικότητα στα άγρια πτηνά που συνελήφθησαν το 2015 και το 2016, πριν από την επιδημία στους ανθρώπους το 2019 και σε αυτά που συνελήφθησαν την Άνοιξη του 2020, καταδεικνύουν τον συνεχή κίνδυνο για την εξάπλωση του ΙΔΝ στη χώρα. Η θετικότητα σε μια ομάδα κουνουπιών αμέσως πριν από την έξαρση του 2019 καθώς και η οροθετικότητα στον πληθυσμό των πτηνών πριν και κατά τη διάρκεια της επιδημίας του 2019, αποκάλυψαν βασικές περιοχές στην Κύπρο που διατρέχουν πιθανό αυξημένο κίνδυνο για ανθρώπινη μόλυνση. Τα ευρήματα της παρούσας μελέτης συμβάλλουν στην καλύτερη κατανόηση της επιδημιολογίας του ΙΔΝ στην Κύπρο κι έχουν μεγάλη σημασία για τη δημόσια υγεία, όχι μόνο της Κύπρου, αλλά και πολλών άλλων χωρών, αφού η Κύπρος αποτελεί προορισμό για πολλούς τουρίστες.

West Nile virus (WNV) is a mosquito–borne pathogen causing infections in humans, horses, and birds. In nature, WNV is maintained in an enzootic cycle between birds and ornithophilic mosquitoes, with birds being the main reservoir amplifying hosts, and mosquitoes being the principal vectors for WNV transmission. It is a neurotropic human pathogen as it may lead to a serious neuroinvasive disease, such as WNV encephalitis, meningitis, meningo-encephalitis, or acute flaccid paralysis. To date, more than 80 years since it was first discovered in the West Nile district of Uganda, WNV has spread globally and it is continuously disseminating across Europe and other continents. WNV is an emerging pathogen in Cyprus, with the first human case of infection reported in 2016, and another documented in 2018. A cluster of cases in humans was then reported in 2019. This PhD research study aimed to combine mosquito surveillance across the five districts of the government-controlled part of Cyprus and WNV surveillance in mosquitoes collected in 2019, as well as in wild birds captured between 2015-2020 to update the risk assessment and identify risk areas. Moreover, the relationship between the number of mosquitoes sampled and weather conditions was investigated for the identification of parameters that would predict mosquito presence and prevalence. The most abundant mosquito species collected were Aedes detritus, Culex pipiens, and Culiseta longiareolata. Each of these species preferred a different set of environmental conditions, with Aedes detritus occurring in higher numbers earlier in the season when it was cooler and drier, Culex pipiens being more abundant later in the season when it was either warmer or more humid, but not both, and Culiseta longiareolata also occurring in higher numbers in more humid areas. The first positive record of WNV in mosquitoes in Cyprus was also documented. One out of 126 mosquito pools was found to be positive for the presence of WNV RNA. The relatively low WNV positivity in mosquitoes may be attributed to the low number of mosquitoes tested relative to other studies. Based on the outbreak in humans, WNV is likely to be present in other districts beyond the positive pool in Nicosia, and future testing is needed to survey its prevalence. Furthermore, 11 of 836 avian blood samples were seropositive for WNV IgY antibodies. Seropositivity in wild birds captured in 2015 and 2016, before the human outbreak in 2019, and those from spring 2020, demonstrate prior and ongoing risk for the introduction and spread of WNV in the country beyond the 2019 outbreak. The WNV positivity in a mosquito pool immediately prior to the outbreak of 2019 and WNV seroprevalence in the avian population, before and during the 2019 outbreak, revealed key areas in Cyprus that are at a probable elevated risk for human infection. The findings of the current study contribute to the better understanding of the epidemiology of WNV on the island. The gained knowledge is of high significance for public health, not only for Cyprus, but for many other countries, since Cyprus constitutes a destination for many tourists.