Rift Valley fever vector diversity and impact of meteorological and environmental factors on Culex pipiens dynamics in the Okavango Delta, Botswana

BACKGROUND : In Northern Botswana, rural communities, livestock, wildlife and large numbers of mosquitoes cohabitate around permanent waters of the Okavango Delta. As in other regions of sub-Saharan Africa, Rift Valley Fever (RVF) virus is known to circulate in that area among wild and domestic animals. However, the diversity and composition of potential RVF mosquito vectors in that area are unknown as well as the climatic and ecological drivers susceptible to affect their population dynamics. METHODS : Using net traps baited with carbon dioxide, monthly mosquito catches were implemented over four sites surrounding cattle corrals at the northwestern border of the Okavango Delta between 2011 and 2012. The collected mosquito species were identified and analysed for the presence of RVF virus by molecular methods. In addition, a mechanistic model was developed to assess the qualitative influence of meteorological and environmental factors such as temperature, rainfall and flooding levels, on the population dynamics of the most abundant species detected (Culex pipiens). RESULTS : More than 25,000 mosquitoes from 32 different species were captured with an overabundance of Cx. pipiens (69,39 %), followed by Mansonia uniformis (20,67 %) and a very low detection of Aedes spp. (0.51 %). No RVF virus was detected in our mosquito pooled samples. The model fitted well the Cx. pipiens catching results (ρ = 0.94, P = 0.017). The spatial distribution of its abundance was well represented when using local rainfall and flooding measures (ρ = 1, P = 0.083). The global population dynamics were mainly influenced by temperature, but both rainfall and flooding presented a significant influence. The best and worst suitable periods for mosquito abundance were around March to May and June to October, respectively. CONCLUSIONS : Our study provides the first available data on the presence of potential RVF vectors that could contribute to the maintenance and dissemination of RVF virus in the Okavango Delta. Our model allowed us to understand the dynamics of Cx. pipiens, the most abundant vector identified in this area. Potential predictions of peaks in abundance of this vector could allow the identification of the most suitable periods for disease occurrence and provide recommendations for vectorial and disease surveillance and control strategies.Additional file 1: Serological analysis (Sampling strategy, laboratory analysis and results).Additional file 2: Mapping flooding extent method. Figure in Additional file 2. Maps of Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI) derived from MODIS imagery at different dates corresponding to the study period.Additional file 3 Detail of the ordinary differential equation system.Funding was provided by FAO. Award Number: LoA OSRO/INT/602/USA/B1.http://www.parasitesandvectors.comam2016Zoology and Entomolog

Peste des petits ruminant en Afrique subsaharienne : modélisation et analyse des stratégies de vaccination dans un contexte de bien public mondial

Peste des petits ruminants is a highly contagious animal disease. Widespread in Africa, the Middle East and Asia, it has a devastating effect on small ruminants. Small ruminants are essential to sustainable livelihood in developping countries, especially in rural communities. In western Africa, the disease incidence is higher because of the difficulty to control animals movements (transhumance, illegal trade, conflicted areas, etc.) and to settle adapted sanitary actions.A global strategy for the progressive control and the eradication of the disease has been developed by the OIE and FAO. It is based on mass vaccination, with vaccination protocols defined on empirical basis.After a vaccination campaign, the population dynamics is responsible for herd renewal, the proportion of protected individuals (post-vaccinal immunity rate) in the population is decreasing over time (entries of non-vaccinated animals and exits of vaccinated ones). The immunity rate decrease allows to assess to the efficiency of employed vaccination strategies in term of immunity coverage. From a given threshold, the immunity rate can stop the viral transmission. The population renewal has to be estimated carrefully because it varies from one farming system to another. The work described in this manuscript provides an optimization tool of vaccination strategy, supporting decision markers in the formulation of vaccination protocole achiving the best possible immunization coverage in a given socio-economical context.Using the demographic matrix model theory, we developed a seasonal model predicting the immunity rate dynamics in traditional small ruminants livestock of Western African during a vaccination program. We used this model to evaluate different vaccination protocols proposed for Sahelian arid and semi-arid areas, and Soudano-guinean sub-humid and humid areas. Model parameters were estimated from the available data and an exhaustive review of literature.Synthesising indicators of the protocoles efficiency were computed (length of protective immunity, average immunity rate, etc.) and compared.The work described in the manuscript broadly confirmed the protocols proposed by the OIE and FAO. Additionally, this work provides details for the various scenarios. Very high vaccination coverage (>80%) should be reached to protect the population during the whole program. In the Sahelian zone, herds should be vaccinated at the earliest possible from September to optimize the scope of vaccination. We also show that the males offtake increase due to Tabaski and the initial epidemiological situation poorly influences the immunity rate dynamics.Our tool is generic. I can be applied to any infectious disease which has a vaccine providing a lifelong immunity and for which the population dynamics is known. Nevertheless, it could be improved by implementing spatial analysis and disease dynamics.La peste des petits ruminants est une maladie infectieuse animale très contagieuse. Largement répandue en Afrique, au Moyen Orient, et en Asie, elle fait des ravages dans les élevages ovins et caprins. Les petits ruminants représentent une ressource nutritionnelle et économique essentielle dans les pays en développement, notamment pour les communautés rurales les plus pauvres. En Afrique sub-saharienne, l'impact de la maladie est d'autant plus élevé que les mouvements des animaux sont compliqués à contrôler (transhumance, commerce illégal, zones de conflits, etc.) et les contrôles sanitaires difficiles à organiser. Une coalition internationale a décidé de prendre en main le contrôle de cette maladie ravageuse en élaborant avec l'OIE et la FAO une stratégie mondiale de contrôle progressif et d'éradication de la maladie.La stratégie est basée sur la vaccination de masse mais les protocoles de vaccination ont principalement été élaborés sur des bases empiriques. Après une campagne de vaccination, la dynamique démographique entraînant le renouvellement du cheptel, la proportion d'individus immunisés au sein de la population (taux d'immunité) est amenée à diminuer au cours du temps (entrées d'animaux non vaccinés, e.g. les naissances, et sorties d'animaux vaccinés, e.g. les ventes). La décroissance du taux d'immunité permet d'évaluer l'efficacité de la vaccination à moyen terme. Si le taux d'immunité est assez élevé, le virus n'a plus d'hôte pour se propager. Le renouvellement du cheptel est délicat à estimer et varie d'un système d'élevage à l'autre. Ce manuscrit présente une méthode d'optimisation des protocoles de vaccination pour obtenir la meilleure couverture immunitaire possible.Un modèle dynamique de prédiction du taux d'immunité dans des élevages de petits ruminants d'Afrique sub-saharienne au cours d'un programme de vaccination pluri-annuel a été développé en utilisant la théorie des modèles démographiques matriciels. Cet outil a été utilisé pour évaluer différents protocoles proposés pour les zones sahéliennes arides / semi-arides et les zones sub-humides / humides. Les paramètres des modèles ont été estimés à partir des données disponibles et d'une revue exhaustive de la littérature.Des indicateurs synthétiques de l'efficacité des protocoles ont été calculés (persistance du niveau protecteur, taux d'immunité moyen, etc.), puis comparés.L'étude a confirmé la pertinence des protocoles proposés par l'OIE et la FAO, apportant des précisions pour les divers scénarios. Les couvertures vaccinales atteintes doivent être très élevées (>80%) pour permettre la protection d'un troupeau pendant toute la durée du programme. En zone sahélienne, les troupeaux doivent être vaccinés au plus tôt après la saison des pluies pour optimiser la portée de la vaccination. L'étude révèle aussi que le pic d'exploitation des mâles, dû à la Tabaski, et la situation épidémiologique initiale du troupeau influent peu sur la dynamique du taux d'immunité.L'outil développé au cours de cette thèse peut être utilisé pour toute maladie infectieuse pour laquelle on dispose d'un vaccin efficace à long terme et toute population domestique dont on connaît la dynamique. Il pourrait cependant être amélioré par l'intégration de la dynamique de la maladie et de la répartition spatiale des élevages sous forme de méta-communauté

Peste des petits ruminants in Sub-Saharan Africa Africa : modelling and analysis of vaccination strategies in a frame of global public good

La peste des petits ruminants est une maladie infectieuse animale très contagieuse. Largement répandue en Afrique, au Moyen Orient, et en Asie, elle fait des ravages dans les élevages ovins et caprins. Les petits ruminants représentent une ressource nutritionnelle et économique essentielle dans les pays en développement, notamment pour les communautés rurales les plus pauvres. En Afrique sub-saharienne, l'impact de la maladie est d'autant plus élevé que les mouvements des animaux sont compliqués à contrôler (transhumance, commerce illégal, zones de conflits, etc.) et les contrôles sanitaires difficiles à organiser. Une coalition internationale a décidé de prendre en main le contrôle de cette maladie ravageuse en élaborant avec l'OIE et la FAO une stratégie mondiale de contrôle progressif et d'éradication de la maladie.La stratégie est basée sur la vaccination de masse mais les protocoles de vaccination ont principalement été élaborés sur des bases empiriques. Après une campagne de vaccination, la dynamique démographique entraînant le renouvellement du cheptel, la proportion d'individus immunisés au sein de la population (taux d'immunité) est amenée à diminuer au cours du temps (entrées d'animaux non vaccinés, e.g. les naissances, et sorties d'animaux vaccinés, e.g. les ventes). La décroissance du taux d'immunité permet d'évaluer l'efficacité de la vaccination à moyen terme. Si le taux d'immunité est assez élevé, le virus n'a plus d'hôte pour se propager. Le renouvellement du cheptel est délicat à estimer et varie d'un système d'élevage à l'autre. Ce manuscrit présente une méthode d'optimisation des protocoles de vaccination pour obtenir la meilleure couverture immunitaire possible.Un modèle dynamique de prédiction du taux d'immunité dans des élevages de petits ruminants d'Afrique sub-saharienne au cours d'un programme de vaccination pluri-annuel a été développé en utilisant la théorie des modèles démographiques matriciels. Cet outil a été utilisé pour évaluer différents protocoles proposés pour les zones sahéliennes arides / semi-arides et les zones sub-humides / humides. Les paramètres des modèles ont été estimés à partir des données disponibles et d'une revue exhaustive de la littérature.Des indicateurs synthétiques de l'efficacité des protocoles ont été calculés (persistance du niveau protecteur, taux d'immunité moyen, etc.), puis comparés.L'étude a confirmé la pertinence des protocoles proposés par l'OIE et la FAO, apportant des précisions pour les divers scénarios. Les couvertures vaccinales atteintes doivent être très élevées (>80%) pour permettre la protection d'un troupeau pendant toute la durée du programme. En zone sahélienne, les troupeaux doivent être vaccinés au plus tôt après la saison des pluies pour optimiser la portée de la vaccination. L'étude révèle aussi que le pic d'exploitation des mâles, dû à la Tabaski, et la situation épidémiologique initiale du troupeau influent peu sur la dynamique du taux d'immunité.L'outil développé au cours de cette thèse peut être utilisé pour toute maladie infectieuse pour laquelle on dispose d'un vaccin efficace à long terme et toute population domestique dont on connaît la dynamique. Il pourrait cependant être amélioré par l'intégration de la dynamique de la maladie et de la répartition spatiale des élevages sous forme de méta-communauté.Peste des petits ruminants is a highly contagious animal disease. Widespread in Africa, the Middle East and Asia, it has a devastating effect on small ruminants. Small ruminants are essential to sustainable livelihood in developping countries, especially in rural communities. In western Africa, the disease incidence is higher because of the difficulty to control animals movements (transhumance, illegal trade, conflicted areas, etc.) and to settle adapted sanitary actions.A global strategy for the progressive control and the eradication of the disease has been developed by the OIE and FAO. It is based on mass vaccination, with vaccination protocols defined on empirical basis.After a vaccination campaign, the population dynamics is responsible for herd renewal, the proportion of protected individuals (post-vaccinal immunity rate) in the population is decreasing over time (entries of non-vaccinated animals and exits of vaccinated ones). The immunity rate decrease allows to assess to the efficiency of employed vaccination strategies in term of immunity coverage. From a given threshold, the immunity rate can stop the viral transmission. The population renewal has to be estimated carrefully because it varies from one farming system to another. The work described in this manuscript provides an optimization tool of vaccination strategy, supporting decision markers in the formulation of vaccination protocole achiving the best possible immunization coverage in a given socio-economical context.Using the demographic matrix model theory, we developed a seasonal model predicting the immunity rate dynamics in traditional small ruminants livestock of Western African during a vaccination program. We used this model to evaluate different vaccination protocols proposed for Sahelian arid and semi-arid areas, and Soudano-guinean sub-humid and humid areas. Model parameters were estimated from the available data and an exhaustive review of literature.Synthesising indicators of the protocoles efficiency were computed (length of protective immunity, average immunity rate, etc.) and compared.The work described in the manuscript broadly confirmed the protocols proposed by the OIE and FAO. Additionally, this work provides details for the various scenarios. Very high vaccination coverage (>80%) should be reached to protect the population during the whole program. In the Sahelian zone, herds should be vaccinated at the earliest possible from September to optimize the scope of vaccination. We also show that the males offtake increase due to Tabaski and the initial epidemiological situation poorly influences the immunity rate dynamics.Our tool is generic. I can be applied to any infectious disease which has a vaccine providing a lifelong immunity and for which the population dynamics is known. Nevertheless, it could be improved by implementing spatial analysis and disease dynamics

Modelling the Dynamics of Post-Vaccination Immunity Rate in a Population of Sahelian Sheep after a Vaccination Campaign against Peste des Petits Ruminants Virus.

BACKGROUND:Peste des petits ruminants (PPR) is an acute infectious viral disease affecting domestic small ruminants (sheep and goats) and some wild ruminant species in Africa, the Middle East and Asia. A global PPR control strategy based on mass vaccination-in regions where PPR is endemic-was recently designed and launched by international organizations. Sahelian Africa is one of the most challenging endemic regions for PPR control. Indeed, strong seasonal and annual variations in mating, mortality and offtake rates result in a complex population dynamics which might in turn alter the population post-vaccination immunity rate (PIR), and thus be important to consider for the implementation of vaccination campaigns. METHODS:In a context of preventive vaccination in epidemiological units without PPR virus transmission, we developed a predictive, dynamic model based on a seasonal matrix population model to simulate PIR dynamics. This model was mostly calibrated with demographic and epidemiological parameters estimated from a long-term follow-up survey of small ruminant herds. We used it to simulate the PIR dynamics following a single PPR vaccination campaign in a Sahelian sheep population, and to assess the effects of (i) changes in offtake rate related to the Tabaski (a Muslim feast following the lunar calendar), and (ii) the date of implementation of the vaccination campaigns. RESULTS:The persistence of PIR was not influenced by the Tabaski date. Decreasing the vaccination coverage from 100 to 80% had limited effects on PIR. However, lower vaccination coverage did not provide sufficient immunity rates (PIR < 70%). As a trade-off between model predictions and other considerations like animal physiological status, and suitability for livestock farmers, we would suggest to implement vaccination campaigns in September-October. This model is a first step towards better decision support for animal health authorities. It might be adapted to other species, livestock farming systems or diseases