U Brazilu, klimatske i druge promene životne sredine koje je napravio čovek prete decenijama dugim naporima u borbi protiv široko rasprostranjene i iscrpljujuće parazitske bolesti. Sada, partnerstvo između istraživača sa Stanforda i Brazila pomaže u proaktivnom predviđanju ovih uticaja.
Šistosomijaza, koju šire slatkovodni puževi, pogađa više od 200 miliona ljudi u mnogim tropskim regionima sveta. Može izazvati bol u stomaku i nepovratne posledice kao što su uvećana jetra i rak. Zvaničnici javnog zdravlja brinu da bi krčenje šuma, brzo širenje urbanih sredina i promena obrazaca padavina – poput razornih majskih poplava u Brazilu – mogli dramatično da promene lokacije na kojima puževi, a samim tim i paraziti, mogu da napreduju.
„Sa klimatskim promenama, češće i intenzivnije kiše će uticati na mnoge bolesti ovde, uključujući šistosomijazu“, rekla je Roseli Tuan, viši istraživač u Sekretarijatu za zdravstvo Sao Paula, gde je sprovela nadzor i istraživanje šistosomijaze u državi Sao Paulo, Brazil, više od 30 godina. „Razumevanje ovih promena je neophodna oblast nauke za kontrolu bolesti u budućnosti.
Tuan i njene brazilske kolege su sarađivale sa istraživačima ekologije bolesti sa Stanforda kako bi razvili modele koji mogu predvideti kako će se rizik od bolesti promeniti kao odgovor na promene životne sredine. Njihovi nalazi su nedavno objavljeni u časopisima Nature Communications i PLOS Global Public Health.
„Prvi put smo uspeli da kombinujemo alate kao što su dugoročni zapisi o praćenju puževa sa satelitskim snimcima koji prate poljoprivrednu ekspanziju, rast urbanih područja i klimu u finoj rezoluciji u čitavim zemljama“, rekla je Erin Mordekaj, saradnica profesor biologije na Fakultetu humanističkih nauka i nauka i saradnik na fakultetu za globalno zdravlje u Stanford centru za inovacije u globalnom zdravlju.
„Sa ovim alatima možemo mapirati kako se stanište puževa koji prenose šistosomijazu menja širom Brazila sa neviđenom preciznošću koja nam pomaže da razumemo gde bi se šistosomijaza mogla sledeće pojaviti.“
Mordekaj je ko-nadgledao rad sa Đuliom Deleom, koji je takođe saradnik na fakultetu za globalno zdravstvo i profesor okeana i nauke o Zemljinom sistemu na Stenford Doer školi za održivost.
Saradnja je pomogla epidemiolozima i istraživačima da ažuriraju svoje paradigme o šistosomijazi u Brazilu i daju prioritet intervencijama javnog zdravlja s obzirom na promene u životnoj sredini, rekao je Tuan, koji je četiri decenije proučavao genetiku i evoluciju vektora puževa za šistosomijazu.
Dok Brazil ima šansu da eliminiše šistosomijazu u nekim delovima zemlje zahvaljujući poboljšanim sanitarnim i životnim uslovima, klimatske promene i ekonomske razlike ugrožavaju napredak u drugim oblastima, rekla je ona.
„Ove analize su po prvi put jasno identifikovale brzo rastuća neformalna naselja, kako u ruralnim oblastima tako i na periferiji urbanih centara kao najverovatnije stanište za puževe, kao i potencijalna žarišta za prenos šistosomijaze“, rekao je De Leo, koji je takođe glavni istraživač međunarodnog tima podržanog grantom Belmont Collaborative Forum. „One otvaraju nove mogućnosti za nadzor bolesti i intervencije koje mogu smanjiti rizik od prenošenja šistosomijaze.
Godine 2021, grant Belmont Forum/Sao Paulo istraživačke fondacije i Stanford Global Health Seed Grant omogućili su stručnjacima za ekologiju bolesti sa Stanforda i Brazila da zajedno naprave alate za predviđanje efekata promena životne sredine na puževe koji šire bolesti.
U srcu ovog napora je alat koji se zove modeliranje distribucije vrsta. Kombinuje mašinsko učenje i podatke sa daljinskog senzora — kao što su satelitski snimci i klimatski modeli velikih razmera — da identifikuje sva mesta na kojima bi vrsta mogla da živi, na osnovu toga gde je bila, a gde nije pronađena u prošlosti. Modeli zatim mogu predvideti kako će promene temperature, padavina i urbanizacija uticati na distribuciju vrsta u budućnosti.
Pa ipak, kada je Ali Singleton, dr. student na Stenfordovom Emmett interdisciplinarnom programu za životnu sredinu i resurse, krenula da napravi takav model za puževe, našla je malo informacija koje bi joj pomogle da odluči koja bi metodologija bila najbolja.
„Uprkos tome što modeli distribucije vrsta postaju sve popularniji alati, još uvek postoji mnogo otvorenih pitanja o tome kako najbolje izgraditi modele“, rekao je Singlton. „Želeo sam da stvorim resurs koji bi mogao da informiše napore našeg tima i da bude koristan istraživačima koji koriste ove metode širom sveta.
Singltonova studija je upoređivala modele koji koriste različite metode mašinskog učenja da bi videli koji bi mogli najtačnije da predvide kako vrste puževa reaguju na promene u svom okruženju. Koristila je ogromne skupove podataka sa više od 11.000 zapisa o lokaciji puževa koje su prikupili brazilski naučnici od 1992. do 2019. godine.
Singlton je pogledao koliko tačno modeli predviđaju gde bi puževi mogli dobiti različite promene klime, hidrologije, korišćenja zemljišta i tipa tla. Ona se konsultovala sa lokalnim stručnjacima, kao što su Roseli Tuan, Antonio Miguel Vieira Monteiro iz Brazilskog Nacionalnog instituta za istraživanje svemira u Sau Paulu, Brazil, i Roberta Lima Caldeira iz Fiokruz Minas u Minas Geraisu, Brazil, koji su koristili svoje iskustvo iz prve ruke da sude o rezultujuća tačnost mapa.
Singlton je rekao da su mnogi modeli imali sličan učinak u pogledu tačnosti i preciznosti, ali su proizveli veoma različite mape distribucije puževa. „Bilo je apsolutno kritično imati stručno znanje ljudi koji dobro poznaju ovu oblast i koji su u ovoj oblasti dugi niz godina da bi mogli da komentarišu koji je model po njihovom mišljenju bolji i zašto“, rekla je ona.
Neki modeli su dali mnogo šire procene o tome koja područja su bila povoljna za puževe, dok su drugi bili mnogo stroži i uži u svojim predviđanjima gde bi puž mogao biti. Obe vrste modela mogu biti korisne u različitim okolnostima, rekao je Singlton.
Na primer, u regionu sa ograničenijim resursima za rešavanje šistosomijaze, stroži model bi mogao pomoći da se identifikuju oblasti kojima treba dati prioritet – ona područja u kojima je puž bio gotovo siguran. S druge strane, ako neka zemlja želi da eliminiše šistosomijazu, zvaničnici bi se mogli odlučiti da koriste širi model koji predviđa sva moguća staništa puževa.
Sledeći korak je bila primena Singletonovih nalaza o efikasnom mapiranju distribucije vrsta da bi se bolje razumelo kako su promene klime i korišćenja zemljišta uticale na distribuciju puževa u Brazilu.
Singltonova koleginica Caroline Glidden, viši naučnik u laboratoriji Mordekai, vodila je ovo istraživanje dok je takođe bila saradnik na Stenfordskom institutu za veštačku inteligenciju usmerenu na čoveka (Stanford HAI). Otkrila je da su klimatske promene – posebno u obrascima padavina – dovele do velikih promena u rasponu puževa u poslednjih 30 godina. Urbanizacija je, u međuvremenu, dovela do više lokalizovanih promena, kao što je pojava novih džepova staništa pogodnih za puževe u oblastima koje su doživele značajan porast populacije.
Kako se obrasci padavina menjaju i Brazil prolazi kroz brze promene u upotrebi zemljišta, očekuje se da će nova područja postati povoljna za puževe, koji uspevaju u sporim izvorima slatke vode, rekao je Gliden. To uključuje drenažne jarke i kanale, kao što su oni povezani sa navodnjavanjem na malim farmama.
„Opšti trend je da promene u životnoj sredini ne proširuju samo stanište puževa – one u potpunosti pomeraju lokaciju, čineći šistosomijazu pokretnom metom za intervenciju i kontrolu javnog zdravlja“, rekao je Gliden. „Bez ovih analiza, bilo bi veoma teško imati za cilj eliminisanje šistosomijaze u Brazilu.
Tuan je rekao da će istraživanje pomoći zvaničnicima javnog zdravlja da identifikuju prioritetne zone eliminacije šistosomijaze.
Singlton se nada da će njihovi napori da identifikuju efikasne metode modeliranja distribucije vrsta pomoći istraživačima izvan Brazila da predvide rizike od bolesti izazvanih vektorima i životnom sredinom.
„Ovi alati će postati sve vredniji dok pokušavamo da razumemo kako bi se populacije vrsta mogle promeniti sa promenom klime i korišćenja zemljišta“, rekla je ona. „Nadam se da ovaj rad može pomoći naučnicima koji su novi u ovim metodama i biti resurs koji sam tražio na početku ovog projekta.“
