Archiwum

Krzysztof Knop¹, Kamil Smolak², Maciej Kuczkowski², Cezary Mitrus², Sebastian Opaliński², Krzysztof Kozłowski³, Mariusz Korczyński², Witold Rohm^1,2

¹U+GEO Sp. z o.o., ²Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, ³Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Grypa ptaków to gwałtownie przebiegająca choroba zakaźna ptaków, która wywoływana jest przez Orthomyksovirus typu A. Epidemia grypy ptaków w sezonie 2020-2021 była jak dotychczas jedną z największych i najbardziej niszczycielskich epidemii HPAI. Zgłoszono 3555 przypadków wykrycia HPAI i około 22 400 000 mln dotkniętych nią ptaków w 28 państwach europejskich. 

     W sezonie 2020/2021 wykryto ponad 1300 ognisk na fermach w Europie, z czego 359 ognisk w Polsce (https://www.izsvenezie.com/reference-laboratories/avian-influenza-newcastle-disease/europe-update). Ogółem od stycznia do sierpnia 2021 r. w Polsce stwierdzono łącznie 339 ognisk wysoce zjadliwej grypy ptaków, w których utrzymywanych było niemal 11,8 mln sztuk drobiu. We wszystkich tych ogniskach w 2021 roku stwierdzono podtyp wirusa grypy ptaków H5N8. Od 10 sierpnia do 1 listopada 2021 r. nie stwierdzono zakażeń drobiu wirusem grypy ptaków w Polsce. W listopadzie 2021 r. zanotowano już 27 ognisk wariantu H5N1, w których poddano eutanazji ponad 1 milion sztuk drobiu (https://www.wetgiw.gov.pl/nadzor-weterynaryjny/obszary-objete-ograniczeniami-hpai-zgodnie-z-decyzja-wykonawcza-komisji-ue-202164-z-dn-160421-r). Stwierdzenie grypy ptaków na fermie drobiu powoduje ogromne straty finansowe dla jej właścicieli oraz budżetu państwa. Jak podała Katarzyna Gawrońska, dyrektor Krajowej Izby Producentów Drobiu i Pasz, straty finansowe branży drobiarskiej w Polsce mogą zatem sięgnąć kilkuset milionów złotych, za sezon 2020-2021. Obecnie Krajowa Izba Producentów Drobiu i Pasz zwraca uwagę, że w nowym sezonie – 2021-2022 największe zagrożenie epidemiczne dla rozprzestrzeniania się grypy ptaków stanowią tzw. „hodowle przyzagrodowe”, czyli małe stada drobiu, liczące od kilku do kilkudziesięciu sztuk drobiu grzebiącego i/lub kaczek, gęsi utrzymywanych na wsiach, na potrzeby własne. Stada, w których nie przestrzega się norm bioasekuracji i które mają stały kontakt ze środowiskiem zewnętrznym (https://agronews.com.pl/artykul/kipdip-chow-przyzagrodowy-zagraza-branzy-drobiarskiej).

Patogen

     Od kilku lat w Europie dominuje blisko spokrewniona grupa wirusów grypy posiadających hemaglutyninę typu 5 (H5), które charakteryzują się dużą skłonnością do wymiany genów z wirusami grypy o niskiej zjadliwości (LPAI) a tymi, które występują u dzikich ptaków. Przez lata powstały liczne kombinacje i odmiany określane wspólnym terminem „H5Nx”. Posiadają one wysoką patogenność dla drobiu, lepsze przystosowanie do organizmów ptaków i łatwiejsze przenoszenie przez dzikie ptaki. Wirusy H5Nx posiadają nieznaczny potencjał zoonotyczny – po kontakcie z zakażonymi ptakami może nastąpić zakażenia u ludzi (ale nie szerzy się drogą aerogenną). Podstawowym rezerwuarem nisko zjadliwej grypy ptaków (LPAI) są blaszkodziobe i siewkowe. Wirusy LPAI podtypów H5 i H7 mogą ewoluować do wirusów wysoce zjadliwej grypy ptaków (HPAI). Z dzikich ptaków wodnych wirusy LPAI, jak i HPAI mogą być przenoszone bezpośrednio lub pośrednio na ptaki domowe (J.H. Verhagen, R.A.M. Fouchier i N. Lewis 2021). Badania naukowe wskazują na szereg możliwości przenoszenia się choroby, między innymi poprzez: kontakt z wodą lub słomą skontaminowaną odchodami zakażonych ptaków, lub poprzez skontaminowaną paszę. Wiele przypadków zakażenia drobiu towarowego wynikało również z niezachowania wystarczających środków bezpieczeństwa i higieny osób pracujących na fermach (Department for Environment Food and Rural Affairs 2021). Wirus transmituje się również z kurzem drogą aerogenną. 

Migracje ptaków

     Publikacje naukowe wskazują, że wirus grypy może być przenoszony zarówno z dzikich ptaków na drób domowy, jak i odwrotnie (https://www.izsvenezie.com/reference-laboratories/avian-influenza-newcastle-disease/europe-update). Do grona dzikich ptaków, które są potencjalnymi rezerwuarami wirusa grypy ptaków zalicza się przede wszystkim wędrowne ptaki wodne: głównie gęsi, kaczki, łabędzie i mewy (Department for Environment Food and Rural Affairs 2021). Szczególne znaczenie mają te gatunki, które przemieszczają się w różnych kierunkach, a zakażenie przebiega u nich nisko objawowo, nie powodując śmierci („Europe PMC Funders Group Europe PMC Funders Author Manuscripts Europe PMC Funders Author Manuscripts Role for migratory wild birds in the global spread of avian influenza H5N8” 2018). Ptaki pokonują wiele tysięcy kilometrów i mogą wywoływać infekcje w miejscach swoich międzylądowań oraz w docelowych miejscach wędrówki (J.M.A. Van Den Brand i in. 2018). Migracje te uzależnione są od wielu czynników, między innymi od warunków atmosferycznych, takich jak: temperatura powietrza, wielkość opadu atmosferycznego, prędkość i kierunku wiatru (J.H. van der Kolk 2019). Wirus grypy wykazuje długotrwałą przeżywalność w niskich temperaturach: w temperaturze +4°C (temperatura lodówki) ponad 2 miesiące, natomiast w zamrożeniu wiele miesięcy, a nawet lat. Istotne znaczenie w rozprzestrzenianiu się grypy ptaków mogą mieć miejsca koncentracji ptaków na zimowiskach i na trasach migracji.

Model predykcyjny 

     Możliwość wcześniejszego określenia prawdopodobnego miejsca i czasu pojawienia się osobników, mogących przenosić wirus grypy ptaków, pozwoli na odpowiednio szybką reakcję i możliwość zapobiegania zakażeniu, np. poprzez wzmocnienie zasad bioasekuracji na fermach i izolację drobiu utrzymywanego w chowie przyzagrodowym. 

     Przeprowadzenie analiz na zbiorach danych dotyczących czynników wpływających na przebieg migracji i połączenie ich z informacjami o historycznych epizodach wystąpienia grypy ptaków, może posłużyć do prognozowania rozwoju tej choroby w przyszłości. Wykorzystanie metod uczenia maszynowego pozwala na określenie rodzaju czynników wpływających na czas i lokalizację występowania ognisk wirusa (S. Yousefinaghani, R. Dara, Z. Poljak, F. Song, i S. Sharif 2021). Podsumowując, do budowy modelu predykcyjnego konieczne są następujące komponenty: dane (przestrzenne, trajektorie – Rys. 2, zakażenia), agregacja i harmonizacja, analiza danych, predykcja i weryfikacja.

Dane

Następujące zestawy danych zostaną włączone do modelu:

• Trajektorie przemieszczeń ptaków dzikich (Rys. 2). Uwzględnienie lokalizacji ptaków dzikich jest kluczowe dla zrozumienia ścieżek rozprzestrzeniania się wirusa grypy ptaków, a wysoka rozdzielczość przestrzenno-czasowa rozwiązania pozwoli na podjęcie celowanych działań prewencyjnych przed rozwojem epidemii.
• Prognozy pogody z numerycznych modeli pogodowych o wysokiej rozdzielczości przestrzennej i czasowej (30 km, 1 godzina) i horyzoncie do 7 dni. 
• Liczba gatunków podatnych na grypę ptaków oraz liczba padłych ptaków w wyniku tego zakażenia.
• Lokalizacja ferm drobiu wraz z informacją o liczbie osobników i utrzymywanych gatunkach.

Agregacja i harmonizacja

• budowa siatki agregacji przestrzennej,
• budowa algorytmów agregacji czasowej,
• agregacja danych przestrzennych i mobilnościowych do wspólnej rozdzielczości czasowej i przestrzennej.

Analiza danych

• analiza trajektorii ruchu dzikich ptaków w celu wykrycia kolektywnych przepływów i punktów charakterystycznych,
• wykorzystanie technik uczenia maszynowego, pozwalające na identyfikację głównych czynników wystąpienia ptasiej grypy na obszarze siatki agregacji.

Predykcja i weryfikacja

• na podstawie zidentyfikowanych czynników ryzyka, prognoz pogody i trajektorii wyznaczenie obszarów i czasu wystąpienia potencjalnych zagrożeń,
• weryfikacja rozwiązania w oparciu o dane historyczne. 

Cele modelu

     Celem naszych działań jest budowa i rozwój modelu predykcyjnego, który wykorzystując dane lokalizacyjne, środowiskowe, prognozy pogody oraz informacje na temat lokalizacji ferm, z wykorzystaniem nowoczesnych technik uczenia maszynowego, będzie w stanie przewidzieć lokalizację przyszłych ognisk grypy ptaków oraz czas ich wystąpienia. 

Piśmiennictwo dostępne u autorów.