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科学家拟展开综合研究控制巴西细螺旋体病,科学家尝试用计算机程序减少贫民区
2020-04-30 128

科学家尝试用计算机程序减少贫民区

巴西灭鼠记 科学家拟展开综合研究控制巴西细螺旋体病

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细螺旋体病没有得到足够的重视。但我在为打败它而战斗。

本报讯 全球城市规模正在爆炸。目前,约有40亿人生活在城市区域,超过世界人口的一半,这一数字到2050年或将增至64亿。

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城市如此快速扩张带来的问题是,当城市被塞满或是生活成本变得过于昂贵时,新的居民就会被迫生活在贫民区,那里往往缺少水、清洁环境、应急服务和医院。现在,科学家想到一种重新设计这些缺少服务区域的方法。

研究人员在 Pau da Lima设置了捕鼠笼。图片来源:Mauricio Susin

这种叫作拓扑学的新方法将居民通往重要道路和城市服务的地图绘制成一个空间网络。楼房和空地等区域代表这个网络的节点,而大小道路则代表网络的连接线。

老鼠时常出没于Pau da Lima的贫民窟。排水管四周布满了它们的爪印,黑色粪便遍布在天台边缘。老鼠甚至在这个巴西第三大城市贫民窟居民的血液中留下了印记。许多居民体内携带细螺旋体抗体。这种细菌通常存在于鼠尿中,对人类而言是致命“毒药”。

该团队在近日发表于《科学进展》的文章中报告称,通过设计一种模拟这些交通网络的算式,研究人员能够了解哪里的新路需要加宽,并能减少对现有居民的打扰。

“老鼠多到你无法相信。”Carlos Bautista坐在自己的小屋里望着外面说。6年前,Bautista的妻子因细螺旋体病引发的肺部损伤去世。很快,他把儿子送到农村与祖父母生活。“他生活在乡下比在这里面对老鼠和疾病好。”Bautista说。

研究人员在南非开普敦和印度孟买的两个贫民区检测了这一方法。他们与当地人合作收集数据,运行算式,然后基于数据决定他们想把新道路建设在哪里。最终,他们把报告发送给政府官员。

老鼠一直是世界上最广泛分布的动物之一,作为一种城市野生生物,它总是与疾病和肮脏联系在一起。但科学家对它们并不感兴趣。城市鼠的很多特性依然是谜。

由于新拓扑方法不依赖大多数城市布局的网格状的几何图形,因此可被用于分析从美国内华达州拉斯维加斯到津巴布韦首都哈拉雷等几乎所有城市的社区。

然而随着城市人口爆炸,更多人涌入像Pau da Lima这样饱受老鼠困扰的社区。这些啮齿类动物重新得到研究人员和公共卫生专家的关注。在过去10年里,很多科学家启动各种项目,以便更好地了解老鼠的行为和进化以及它们在疾病传播方面的作用。

科学家希望他们的研究可以帮助城市官员与当地社区协作以消灭现有的贫民区,并防止产生新的贫民区。

其中一个时间最长、最密集的人—鼠关系研究就在Pau da Lima进行。20年来,研究人员详细检查了这里居民的身体、家庭和习惯——老鼠和人类似。目的是解密细螺旋体病的驱动力,并找到控制该疾病的最佳途径。这种病每年造成全世界6万人死亡。

相关论文信息:DOI:10.1126/science.aav2594

“当我们研究了雅加达、马尼拉和卡利的贫民窟后,你在Pau da Lima看到的景象与在那些地方一样。”美国耶鲁大学医生、传染病专家Albert Ko说。Ko是巴西萨尔瓦多研究项目创始人。“我们需要找出可供城市贫民区立刻使用的解决方案。”

《中国科学报》 (2018-09-03 第2版 国际)

Ko对Pau da Lima老鼠的兴趣可以追溯到1996年。当时,他就职的萨尔瓦多接收了大量身患致命疾病的居民,其中许多人出现肾衰竭。当时,细螺旋体病被认为是一种农村疾病。螺旋体通常寄生在老鼠和家畜的肾脏和泌尿系统中,当人的表皮或黏膜接触到受这些动物尿液污染的水后,就可能感染这种疾病。很多人可能没有感染症状,或只是发烧和疼痛。但少部分人会出现严重肾损伤和肺部大出血,而原因尚不得而知。

于是,Ko和巴西的同事花费1年多时间,追踪了细螺旋体病暴发情况。结果发现,感染转移到城市中。在8个月里,他们找到326例重症病例,其中50人死亡,而元凶是主要寄生在老鼠体内的一种细螺旋体菌株。他们还注意到,大雨过后,感染病例激增。而且,大部分患者来自城市郊区的贫民窟,其中之一就是Pau da Lima。

2001年起,这些郊区成为一项将传染病、城市生态和社区发展融合在一起的研究项目的关注重点。在巴西和美国基金机构的支持下,科学家联合地方官员和贫民窟居民,共同了解和抗击这种疾病。美国加州大学圣迭戈分校内科医生Joseph Vinetz表示:“据我所知,没有一个系统的城市研究能比得上正在进行的萨尔瓦多项目。”

4月的一个早上,一组研究人员身着白色实验服,穿梭在拥挤街道的建筑物之间。他们要到Pau da Lima收集数据。在潮湿的热带地区,这些外套让人感到闷热。但出于安全需要,研究人员不得不穿,白色制服向控制这些贫民窟的帮派表明了自己的中立立场。

巴伊亚联邦大学研究生、生态学家ArsinoêPertile穿过山坡来到科学家命名的4号山谷。这里和附近的几个山谷总面积不到1/5平方千米,但居住着3000多人。约90%的居民是非法占地者,他们的生活费平均每天仅2.6美元。

在谷底,Pertile走进一个狭窄但有围墙的院子,这里是一个小型露天市场,贩卖啤酒等饮品。研究人员在这里设置了一个陷阱笼捕捉老鼠。Pertile将解剖捕到的老鼠,记录其体型和性别,并提取样本。

研究人员还将检查老鼠的尿液,检测细螺旋体。“接近80%的老鼠携带细螺旋体。”她说。他们还希望将老鼠的年龄、性别和捕获地点与其尿液中的细螺旋体水平相关联。

这些陷阱是一个研究贫民窟老鼠分布的更大规模项目的一部分。科学家在山谷放置了数百个覆盖着涂有烟灰和甲醇混合物的黏性薄膜的塑料大盘,并通过记录越过它们的老鼠的爪印和尾巴印,鉴定老鼠活动热点。

Pertile和研究伙伴、该市灭鼠师Luciano Lima对经历灭鼠行动后,老鼠重新“入住”4号山谷的速度有多快十分感兴趣。基因研究发现,居住在贫民区不同山谷的老鼠种群相对独特,这意味着老鼠并没有离开多远。

他们在3个山谷的60个地点设置了陷阱,以便弄清老鼠数量反弹的原因是来自临近贫民区的老鼠来到这里,还是仅仅因为4号山谷幸存的老鼠繁殖而来。相关结论将为未来老鼠控制项目提供建议。

与老鼠斗争了7年的Lima经验丰富,他认为,水、食物和浓密的植被让这里成为老鼠的安息地。他说,距上一次灭鼠到现在4个月里,这个山谷再次“布满”老鼠。

对老鼠宣战似乎是解决鼠传播疾病的有效方式。但Pau da Lima的研究显示,杀死老鼠于事无补。原因是,研究人员发现另一个重要“凶手”是水,尤其是未经处理的污水和径流。它将贫民窟的所有东西都联系在了一起:老鼠、细菌和人。

即便在富裕城市,老鼠也会导致细螺旋体感染,只不过人感染病例较少。Pau da Lima 项目领导者、UFBA 生态学家Federico Costa表示,原因是现代的基础设施能让污水和雨水远离居民。但在4号山谷,敞开的排水沟随处可见。

贫民窟到处是老鼠和细螺旋体,但为何不是所有人都患病?Ko研究小组希望能找出答案。

研究人员发现,每年,贫民窟约有3.2%的居民被感染。30个感染者中有一个症状温和,200个病例中有1个危重病例。科学家还发现,个人每天多挣1美元,感染几率下降一半。

而且,细螺旋体感染和水之间的关联显示,仅杀死老鼠并不足以保护Pau da Lima居民。“人们太接近污水和老鼠了。”Costa说,“我认为可以设计一种收集大部分水的系统,将能最大限度避免感染。”

该项目启动之初,科学家和社区领袖成功游说联邦政府投资3600万美元,建造道路和污水管道,并为271户居民修建了新房屋。但直到今天,只有部分工程完成。新铺就的道路旁边坐落着一排新公寓,但排水管的尽头仍是一个开放的溪流。另外,工程的不断拖延正在消耗经费。

为了应对困难,科学家正在寻找更便宜、更快捷的方式对抗细螺旋体病。他们计划弄清调整灭鼠工作、隔离部分区域或发给居民橡胶靴子等是否有效。

研究人员希望首先使用计算机模型检测这些干预手段的有效性。目前,由Costa和耶鲁大学及英国利物浦大学科学家联合开发的模型相对粗糙,研究人员只能在一个山谷的水平上进行模拟。

无论如何,对Pau da Lima的研究影响了当地政府的实践活动。Ko表示,例如,15年前,萨尔瓦多的灭鼠行动十分随意,并且集中在富裕地区。而现在,政府开始关注11个细螺旋体病高发的郊区。2015年,灭鼠者在5个最严重灾区进行了逐户探访,并为发现有老鼠痕迹的地方留下了灭鼠药。

虽然,Ko承认目前没有数据证明这些策略能减少感染。“但我的直觉显示,这就是我们需要的解决鼠患的方法。”他说。但防治细螺旋体病的道路仍然漫长。在这次考察中,研究组就收到报告,一个12岁男孩正在发烧,或许染上了细螺旋体病。

另外,负责该市灭鼠工作的Maria Gorete Magalhes Rodrigues表示,去年,这里有5辆大篷车和120名职员进行灭鼠工作。但随着寨卡病毒的到来,4辆车和80名职员被调去灭蚊。现在,她的灭鼠团队只响应感染报告。

“细螺旋体病没有得到足够的重视。”她说,“但我在为打败它而战斗。”

《中国科学报》 (2016-06-06 第3版 国际)