HomeРазноеРазмножение колерии: Колерия: размножение, уход и выращивание

Размножение колерии: Колерия: размножение, уход и выращивание

Содержание

Колерия: размножение, уход и выращивание

Колерия — «колумбийская красавица»

КОЛЕРИЯ (Kohleria)
Семейство Геснериевые (Gesneriaceae)

Среди широкого разнообразия комнатных декоративно-цветущих растений можно встретить красивый и еще не достаточно распространенный цветок под названием «Колерия», из семейства Геснериевых. Иногда в литературе приводится другое наименование цветка — Тидея или Изолома.

Род насчитывает около 60 видов растений, назван именем ученого Майкла Колера, преподававшего естественные науки в институтах Цюриха в середине 19-го века. Родиной растения являются тропические зоны Центральной Америки.

В комнатном цветоводстве эта «колумбийская красавица», как ее еще называют, представляет собой невысокое травянистое растение до 50 см в высоту, с опушенными побегами и листьями, образующими небольшой бархатистый кустик. У колерии чешуйчатые клубневидные корневища (ризомы). Стебли сначала прямые, с возрастом начинают полегать.

Листья крупные, супротивные, продолговатой формы, по краю городчатые. Окраска листьев различна в зависимости от вида.

Цветки колерии, напоминающие колокольчики с отогнутыми краями, так же не однотонны. Каждый вид характеризуется своей неповторимой окраской. Это могут быть оранжевого, розового, малинового, алого или красного оттенка цветы с пестрыми вкраплениями другого цвета (на внутренней части венчика). Все цветки располагаются на коротком цветоносе. У молодых растений из листвы формируются одиночные бутоны, у зрелых — гроздья из 5-6 бутонов. Колерия отличается достаточно обильным и продолжительным периодом цветения (с июня по сентябрь).

На сегодняшний день благодаря межвидовому скрещиванию, получены декоративные комнатные виды колерии, образующих массу сортов, с самой разнообразной окраской цветов. Широко распространенными в комнатных условиях, являются следующие виды:

  • Колерия пушистоцветковая
    (Kohleria eriantha) представляет собой небольшой кустик до 45 см в высоту. Листья темно-зеленой окраски покрыты красноватым пушком вдоль краев. Форма листа широколанцетная, длиной до 6-7 см. Цветет оранжево-красными цветами с белыми или желтыми пятнами на лепестках.
  • Колерия приятная (Kohleria amabilis) отличается миниатюрными формами и широкими яйцевидными листьями до 10 см в длину. Их окраска серебристо-зеленого цвета с коричневато-пурпурными полосами вдоль жилок. Цветы более мелкие ярко-розовые с малиновыми пятнышками на лепестках.
  • Колерия боготская (Kohleria bogotensis) – это более крупное травянистое растение до 60 см в высоту. Листья широкояйцевидной или сердцевидноовальной формы до 7 см в длину, заостренные по краям. Окраска темно зеленая с бело-пестрым опушением вдоль жилок. Цветет оранжево-красными цветами. Внутри зев покрыт красными пятнышками, на отгибе – желтыми и красными пятнышками.
  • Колерия наперстянкоцветковая (Kohleria digitaliflora) – растение с белыми густоопушенными побегами. Стебли желтовато-коричневого цвета. Листья зеленые, покрытые густыми короткими волосками, широколанцетные или яйцевидные на коротких черешках. Цветет белыми с розоватым оттенком цветами. Зев у венчика зеленый с пурпурными пятнами на отгибе. На взрослом растении может образоваться до 15 цветков. Обильное цветение приходится на август-сентябрь.

Условия выращивания и уход за колерией

Прежде всего, колерия удивляет и притягивает внимание своим непрерывным цветением и ростом. Чтобы добиться непрерывного цветения не требуется соблюдать особенных или сложных условий по уходу. Это достаточно неприхотливый в уходе комнатный цветок, больше подходит для теплых помещений, без сквозняков, главное, обеспечить регулярный, умеренный полив.

Температура и освещение.
Оптимальная температура содержания летом 20-25˚C, зимой — 15-20˚C. Для того чтобы цветок прекрасно себя чувствовал, его необходимо расположить на подоконнике с рассеянным освещением, без попадания прямых солнечных лучей. Благоприятное местоположение — окна, выходящие на западную или восточную сторону. У окон выходящих на южную сторону, цветок отдаляют на небольшое расстояние. Если вазон с колерией расположить у окон с северной ориентацией, то растению может не хватить света для цветения. Так же зимой, колерии необходимо обеспечивать хорошее освещение.

Полив и влажность.
Поливать необходимо умеренно мягкой отстоянной водой с весны до осени. В жаркую погоду цветок поливают чаще, важно не допускать пересыхания верхнего слоя почвы. Осенью полив начинают сокращать, зимой поливают редко и осторожно, по мере того, как верхний слой субстрата немного подсохнет. Колерия предпочитает повышенную влажность воздуха, но может, благоприятно расти в условиях сухого воздуха. Если зимой в помещении воздух слишком сухой из-за центрального отопления, вазон с колерией можно расположить на поддоне с керамзитом, наполненным водой так, чтобы дно горшка не касалось воды.

Чтобы обеспечить влажную обстановку вокруг цветка, опрыскивают только воздух вокруг листьев. Само растение не опрыскивают из-за бархатистости листьев. Поскольку у растения опушенные листья, необходимо избегать попадания влаги на них. Иначе, застоявшиеся капли воды на бархатистой поверхности листовой пластины, могут привести к образованию коричневых пятен гнили. Чтобы этого избежать, рекомендуется использовать нижний полив.

Пересадка и субстрат.
Пересаживают колерию весной по мере необходимости или, если корни растения оплели земляной ком. Специалисты рекомендуют не отделять землю от корней, а сразу перевалить цветок в более крупный, широкий, но не глубокий вазон. Земляную смесь для выращивания формируют из дерновой, торфяной, листовой земли и песка в следующих пропорциях 1:2:1:1. К почвенному субстрату полезно добавлять кусочки древесного угля, чтобы они впитывали излишнюю влагу, губительную для корневой системы колерии.

Обильное цветение у растения приходится на лето-осень. Зимой наступает период покоя, когда колерия не цветет. Листья и побеги в это время, в отличие от ахименесов, не отмирают, поэтому удалять их не следует. Опытные цветоводы рекомендуют лишь отрезать слишком длинные побеги, чтобы стимулировать образование новых корней. Поскольку в период покоя жизнедеятельность колерии продолжается, цветок так же нуждается во всех необходимых условиях по уходу за ним.

Для благоприятного роста и цветения колерию подкармливают с весны до осени раз или два раза в месяц комплексными удобрениями для цветущих растений. Осенне-зимний период цветок не удобряют.

Размножение колерии в домашних условиях

Размножают колерию делением корневища, верхушечными стеблевыми черенками, листьями, семенами. Срезанный черенок помещают в воду, через неделю должны появиться первые корешки. После укоренения черенок пересаживают в небольшой горшочек. Размножение колерии листом довольно долгий процесс, в домашних условиях он используется, но редко. Срезанный лист также помещают в воду и только через 3-5 месяцев могут появиться первые корешки и образоваться мелкие листочки. После чего лист с корнями пересаживают в горшочек. .

Самый простой и быстрый способ размножения — при помощи деления, который можно проводить в любое время года, весной — быстрее и активнее. Для этого при пересадке чешуйчатые клубневидные корневища — ризомы — ножом разделяют на 1, 2 или 3 кусочка, каждый высаживают в отдельный вазон на глубину 1-2 см, переодически поливают. Из каждой такой чешуйки должно появиться новое растение.

Семена, полученные при искусственном опылении, высеивают весной в смесь торфа и песка, не засыпая их. Как появятся 2-3 молодых листика колерии, сеянцы пикируют — пересаживают в маленькие отдельные горшочки. Когда отростки немного подрастут, их прищипывают (удаляют верхушечные почки с целью развития боковых побегов), после чего пересаживают в более крупный вазон. Прищипывать росток можно, пока он не принял форму кустика, но это отдаляет время формирования бутонов.

Благодаря продолжительному периоду цветения, разнообразию форм, окраске цветов, колерия становится все более популярным растением в комнатной культуре.

Понравилась информация? Поделитесь ей с друзьями!

загрузка…

И не забывайте про наш форум-сообщество! Вступайте в ряды цветоводов и любителей растений!;)

Колерия уход в домашних условиях, размножение колерии, фото цветка

Колерия – невысокое растение до 60 см высотой, относится к семейству Геснериевые. Её родиной считают Колумбию. Колерия – неприхотливое растение и при правильном уходе может цвести круглый год. Растение многолетнее, живёт около двух-трёх лет. Листья у цветка овальные, нежные, с опушением, длиной 7- 8 см, тёмно-зелёные, с коричневато-пурпурными прожилками.

Колерия

Начиная с весны и всё лето, колерия растёт и непрерывно цветёт оранжевыми или красными цветами. Размер цветка – 2-2,5 см, напоминают цветы наперстянки, покрыты рисунком из беловатых штрихов, с длинным пестиком и крупными тычинками.

Растение следует располагать в хорошо освещённом месте, где допустима лёгкая полутень.

И таким хорошим месторасположением является окно, выходящее на север. Летняя температура, при которой колерия будет чувствовать себя комфортнее, не должна быть не ниже 18°С.

Земляная смесь, в которую растение будет посажено, должна состоять из гумуса (или перегной коры) с добавлением торфа и перлита. Подкормки нужны с апреля по сентябрь, один раз в 15-20 дней. Предпочтение следует отдать жидким удобрениям, которые предназначены для орхидей.

Красавица колерия очень любит повышенную влажность в воздухе, но из-за опушённых листьев опрыскивать её не рекомендуется.

Уход за колерией

Необходимо следить за тем, чтобы почва в горшке с растением не была сухой, а постоянно была влажной, но при этом не нужно заливать его. Для окружения колерии так необходимой влажностью, лучшим решением станет созданием под горшком с растением слоя из влажного щебня. В период, когда растение начинает активно расти, рекомендуется поливать его каждые три-четыре дня, а зимой – один раз в семь-десять дней.

Размножение

Размножение колерии лучше делать весной в момент пересадки при помощи деления корневища, которое по форме напоминает сосновые шишечки небольшого размера. Другой способ размножения – отделение верхушечных черенков. Растение нуждается в ежегодной пересадке, замене земляной смеси, при этом горшок лучше оставить прежний. Увеличивают ёмкость только тогда, когда растению становится совсем тесно.

Полезные советы по уходу за колерией

  1. Нужно аккуратно поливать колерию, следить, чтобы вода не попадала на листья.
  2. Растение будет выглядеть красивее, если его поместить в подвесной горшок или кашпо.
  3. Если растение сбрасывает на зиму листья, то необходимо снизить температуру его содержания до 15-16 ° С и обеспечить ему период покоя до февраля, изредка увлажняя грунт в горшке, чтобы корневище не пересохло.
  4. Чаще внимательно осматривать растение, поскольку оно может поражаться такими вредителями, как щитовка и паутинный клещ.

уход за цветком в домашних условиях, способы его размножения. Sunny и Bibbi, Clytie и Manchu, Brimstone и другие сорта колерии

Колерия – многолетний представитель семейства Геснериевых. Относится она к декоративно-цветущим растениям и вполне незаслуженно обделена вниманием цветоводов. Родные места колерии – тропики центральной Америки, поэтому ее еще именуют «колумбийская красавица».

Описание

Как комнатное растение колерия являет собой не слишком высокий травянистый кустик со склоненными бархатистыми стеблями и листьями. Корни у растения клубнеобразные и чешуйчатые. Молодые побеги прямые, а с возрастом опускаются. Продолговатые крупные листья располагаются напротив, их окраска разнообразная и зависит от вида. Края листовых пластин городчатые, поверхность мягкая, покрытая ворсинками.

Главной особенностью колерии являются ее необычные цветки колокольчатой формы с удлиненным венчиком. Расцветка лепестков меняется от нежной розовой до глубокой коричневой, изобилуя многочисленными крапинками разных оттенков. Цветки формируются одиночно или по 2–3 в пазухе цветоноса. Период цветения долгий и буйный – с весны до поздней осени (с небольшой паузой). Выращивание растения в домашних условиях не слишком затруднительное, поскольку цветок хорошо себя чувствует в присущих городской квартире условиях.

Виды и популярные сорта

Колерия имеет большое количество разновидностей, в том числе и гибридные, выведенные селекционным путем.

  • Боготская – с листовыми пластинами разных оттенков зеленого, отличающихся зазубренными краями. Соцветия пестрые: с красновато-желтой наружной частью и желтоватой с алыми точечками серединой. Цветет продолжительно – почти целое лето.

  • Величественная обладает прямостоячими стеблями, которые покрыты красноватым ворсом. Листья блестящие, с легким белым пушком. Цветки довольно крупные, насыщенно-оранжевого цвета, испещрены ярко-красными точечками и полосками темно-красного тона, углубляющимися в серединку зева.
  • Колосковая принадлежит к низкорослым мексиканским разновидностям колерии. Пластины растения – с серебристыми мягкими ворсинками, по форме – удлиненные. Цветки оранжево-красной расцветки снаружи и желтые с алыми вкраплениями внутри. Формируются они на высоком цветоносе поочередно, подобно зернышкам на пшеничном колоске, из-за чего такое название у вида.
  • Колерия Линдена родом из горных регионов Эквадора. Кустик приземистый, не превышающий 30 см, с прямостоячими неразветвленными побегами. Стебли покрыты белым ворсом. Листовые пластины немного удлиненные, с бледно-розовой нижней поверхностью и верхней зеленого окраса. Наружная сторона покрыта светлыми полосками, расположенными параллельно прожилкам листика. Цветки небольшие, бело-лиловые сверху и желтые в коричневую крапинку внутри.
  • Наперстянкоцветковая принадлежит к крупным видам, высота цветка может доходить до 80 см. Имеет прямые стебли, которые со временем склоняются. Обладает зеленоватым окрасом листьев, располагающихся супротивно. Цветы-колокольчики с 5 лепестками, наружная часть которых белого цвета с лиловыми полосами, а внутренняя – светло-зеленая с пурпурными точечками. Все растение опушено беловатым нежным ворсом.
  • Приятная происходит из Колумбии, где этот вид облюбовал высокогорные области. Стебли слабого зеленого окраса, поросшие редкими беловатыми волосинками. Листовые пластины овальной формы, зеленые с коричневатыми жилками и серебряными полосочками. С внешней стороны цветок алый, а в середине трубка белая с многочисленными фиолетовыми точками.
  • Пушистоцветковая, или Eriantha, характеризуется листьями глубокого зеленого окраса, имеющими бордовое окаймление и покрытыми бархатным ворсом. Цветочки оранжевые или алые, середка желтая, испещрена розовыми вкраплениями. Этот вид – наиболее встречающийся среди комнатных разновидностей колерии.
  • Трубкоцветковая родом из Коста-Рики, а также Колумбии. Побеги растения одинарные, прямые, с овальными зелеными листиками, обладающими вытянутой, острой вершиной. Нижняя часть листовых пластин красноватого тона. Цветки трубчатые, без расширенного кончика, как у других видов, имеющие насыщенную оранжевую расцветку.
  • Шерстяная наделена толстым побегом, покрытым крупными зелеными пластинами, опушенными светлыми коричневатыми ворсинками. Расцветает растение нежными бежевыми колокольчиками, имеющими на лепестках прожилки коричневой окраски, с белой серединкой, покрытой редкими полосками бежевого тона. Все части колерии покрыты густым мягким ворсом, из-за чего вид и получил свое название.

Отличается колерия многочисленностью выведенных сортов с самой разнообразной расцветкой листовых пластин, а особенно бутонов.

  • Ampallang – с трубчатыми цветками бело-желтого окраса, густо покрытыми пурпурными точечками. Листья зеленого тона обладают более темными прожилками.
  • Qween Viktoria – с цветочками в виде трубки. Внешняя сторона – нежно-розовая, а внутренняя – белая с темно-бордовыми черточками и окаймлением розоватого окраса.
  • Sunshine – отличается некрупными ярко-розовыми цветками с зевом желто-зеленого цвета, изобилующим россыпью пурпурных полосочек и крапинок.
  • Bibbi – растение с крупными розовато-красными цветами, имеющими несколько беловатые лепесточки. Они покрыты точками вишневого цвета, зев яркий, желтого окраса. Листовые пластины сильно наклонены и обладают легким зеленым оттенком.
  • Flashdance – зацветает внушительными бутонами цвета коралла, лепесточки и трубка желтовато-белого окраса с розовыми черточками.
  • Brimstone – характеризуется необычной вишнево-желтой расцветкой и трубочкой белого цвета. Имеются многочисленные вкрапления розовато-лилового оттенка. Листики вытянутой формы, густо опушены.
  • Jester – с крупноватыми соцветиями бледно-пурпурного оттенка и белоснежной трубкой. Весь цветок обильно усыпан розоватыми вкраплениями. Листья темно-зеленой окраски с красивыми бронзовыми переливами.
  • Clytie – растение с большими красно-розовыми цветами, имеющими тускло-белые лепестки и желтый зев. Украшение – разводы вишневого оттенка. Листовые пластины светлого зеленого тона с узорами.
  • Колерия Варшевича – обладает большими пестроватыми цветками нежного розового оттенка с трубкой и лепесточками светло-зеленой расцветки. Вкрапления – пурпурные.
  • «Неровная» – принадлежит к сортам мини. Цветочки вытянутые, неяркого бордового окраса, с зевом, который покрыт фиолетовыми черточками.
  • Manchu – листья светло-зеленого оттенка, а цветки – оранжевого, которые имеют на изгибе бордового цвета крапинки.
  • Sunny – обладает большими желтыми цветками, вкрапления на них красного цвета, листва – неброского зеленого оттенка.
  • «Карл Линдберг» – обладатель самого темного окраса бутонов из всех колерий. Трубка насыщенного лавандового цвета, а горлышко – белое. Края лепестков усеяны темно-малиновыми точками, ближе к основанию они становятся все гуще и превращаются в горизонтальные полосочки.
  • Red Ryder – имеет опущенные листья темно-зеленого цвета, а колокольчики – глубокого красного. Все лепестки в густых темно-вишневых точках.
  • Roundelay – сорт с цветками розовато-оранжевого оттенка. Внутри они белые, лепестки у изгиба такие же, только с розовыми небольшими пятнами.
  • «Персидский ковер» – характеризуется зелеными листовыми пластинами с красным окаймлением по зубчатому краю. Цветки бархатистые, большие, с интересной расцветкой: верх – красновато-малиновый, внутренняя сторона – желтая. Такого же цвета и отворот лепестков, но еще усыпан крупными точками вишневой окраски и имеет малиновую кайму. Цветение этого сорта обильное, а сформированный кустик аккуратной круговидной формы.
  • Rongo – растение со светло-оливковыми листьями, покрытыми более светлыми прожилками. Цветы фиолетового окраса с горлышком в бордовом крапе.
  • Mother’s Lipstick – сорт с очень эффектными цветками: интенсивный розовый и темно-бордовый гармонично сочетаются с белоснежными вкраплениями, создавая иллюзию сияния.
  • Sciadotydaea hybrid – гибридная разновидность с большими розовато-алыми бутонами, покрытыми мягкими ворсинками. Красивый точечный узор на внешней части цветка изящно оттеняется темно-зеленым тоном листвы.
  • Cinnamon toast – колерия, имеющая бархатистое покрытие на листьях и цветах. Принадлежит к высокорослым культурам, поэтому ей нужна опора. Цветочки множественные, кораллово-красные.
  • «Карнавал» – относится к домашним разновидностям. Цветет обильно и долго оранжево-красной палитрой.
  • Emily Roberts – обладательница оранжевых бутонов с желтой серединкой. Лепестки малиновые, с пурпурным вкраплением.
  • Peridot’s Kitlope – отличается пушистой ярко-оранжевой трубкой. На изгибе лепесточки розовато-белые, с бордовыми крапинками.

Поражают своей необычной расцветкой также такие сорта колерии, как: Marta, Peridot’s Rolo, Beltane, Birka, Thad’s Uncle Ron, «Лоно».

Посадка

Для высадки колерии хорошо подходит готовый субстрат для глоксиний или сенполий. Но наилучшим вариантом будет приготовленный самостоятельно из 2 частей чернозема или листовой земли, 1 части торфа, 1 части песка и 0,5 части перегноя. Обязательно на дне горшка должен находиться двухсантиметровый слой дренажа. Так влага будет уходить в поддон, а корни смогут дышать. Емкость для посадки подходит неглубокая, поскольку большая часть корней находится возле поверхности почвы.

Пересаживают колерию часто, каждый год, так как она характеризуется довольно быстрым ростом. Процедуру проводят преимущественно в марте или в начале апреля. Чтобы как можно меньше травмировать растение, выполнять пересадку лучше методом перевалки, когда цветок вместе с земляным комом переставляют в новый горшок и досыпают свежий грунт. При поражении корешков заболевшие части удаляют, а срезы обрабатывают измельченным углем и помещают растение в полностью новую почву.

Уход

Содержание колерии не такое хлопотное, цветоводы считают ее малотребовательной и простой в уходе, но стоит не забывать, что цветок родом из влажных тропических лесов. Чтобы хоть как-то создать растению естественные условия, нужно соблюдать основные критерии.

  • Полив растению нужен регулярный, особенно с весны по осень. Увлажнение должно быть частое, примерно дважды в неделю, и интенсивное. В летнюю жару можно немного участить количество, а в прохладные периоды – наоборот, сократить. Воду используют фильтрованную или отстоянную на протяжении нескольких дней. Лучше применять поочередно верхний и нижний полив, то есть увлажнение грунта обычным способом и наливание воды в поддон. Нельзя допускать попадания жидкости на части растения: может начаться гниение.
  • Несмотря на то что цветок предпочитает влажный воздух, он хорошо переносит естественные условия квартиры. Опрыскивание не применяется: из-за ворсинок капельки жидкости задерживаются и могут провоцировать гнилостные процессы. При необходимости увлажнения пространства можно рядом разместить аквариум или посуду с водой, также в поддон выкладывают мокрую гальку.
  • Колерия – теплолюбивое растение. Она нормально себя чувствует при +22–25 градусах в теплые периоды.
  • Освещение необходимо обеспечить яркое, но исключить прямые солнечные лучи. Оптимально подходят для размещения западные или восточные подоконники, на северных растение может погибнуть без дополнительного освещения. При полуденном зное цветок стоит притенять, чтобы избежать ожогов.
  • Колерия боится сквозняков, особенно порывов холодного воздуха. Это стоит учитывать при выборе места расположения растения.
  • При помощи обрезки цветку придают форму, а также поддерживают ее. Если этого не делать, стебли будут слишком вытягиваться, выгибаться, что скажется на количестве появляющихся цветоносов. При обрезании растения в первую очередь удаляют усохшие и поврежденные побеги, нож обязательно дезинфицируют. Для создания пышного кустика и формирования кроны обрезают удлиненные побеги приблизительно на треть. Срезая верхушки, активизируют деятельность пазушных завязей, таким образом начинают формироваться новые стебли. Цветок становится более ветвистым и объемным. Верхние части можно применить для размножения колерии.
  • Почву растение любит довольно рыхлую, с низкой кислотностью. Для предупреждения возникновения гнили на корнях в субстрат можно добавить немного древесного угля.
  • Удобрения для колерии используют комплексные – для красивоцветущих растений или орхидей. Рекомендованную дозу уменьшают вдвое. Вносят подкормку с апреля по сентябрь. В периоды покоя удобрять растение не нужно.

Период цветения основной части разновидностей колерии начинается в июле и прекращается в ноябре. Вслед за этим наступает период отдыха, когда задерживаются процессы формирования и роста, не появляются бутоны, хотя есть и такие виды, которые цветут практически целый год. Для обильного и длительного цветения растению нужно обустроить место с хорошим светом, организовать регулярные подкормки и питательную почву. Необходимо помнить: молодая колерия редко выпускает цветоносы, а начиная с двух лет жизни растение уже способно цвести в полном изобилии.

В период покоя, преимущественно зимой, колерии необходимо создать определенные условия:

  • срезать все высохшие побеги и листья;
  • переставить цветок в прохладное, но светлое место с температурой в пределах +15 градусов;
  • значительно уменьшить количество полива.

Способы размножения

Развести колерию в домашних условиях можно тремя способами: семенами, черенками и делением корней. Семенной материал, хорошо просушенный, высевают в смесь из листовой земли и песка, немного орошают водой и прикрывают пленкой или стеклом. Емкость устанавливают в теплом, хорошо освещенном месте, не забывая увлажнять и проветривать. После произрастания сеянцы рассаживают в такую же почву, но в 2 см друг от друга. Регулярный полив лучше заменить опрыскиванием из пульверизатора. По прошествии полутора месяцев рассаду снова пикируют на расстояние уже в 3 см. На постоянное место ростки можно высаживать, когда они хорошо подрастут и окрепнут. Еще до начала формирования кустика у растений производят прищипку верхушек, стимулируя таким образом разрастание боковых отростков.

Черенки нарезают из верхушек побегов и помещают в небольшие емкости, наполненные листовой землей и песком, поливают, укрывают полиэтиленом. Чтобы ускорить процесс укоренения, черешки можно смочить в препаратах, стимулирующих корнеобразование. Обязательно каждодневно открывать пленку и регулярно поливать ростки. Примерно через две недели появляются корни, а когда саженцы начнут расти, их можно высаживать в горшки на постоянное место роста.

В качестве черешков используются и листики колерии. Листья ставят в емкость с водой или с влажным песком для укоренения. Но этот процесс довольно длительный и может тянуться несколько месяцев.

Наиболее просто размножить колерию в домашних условиях делением корня. Весной, когда растение пересаживают, продезинфицированным ножом делят корневище, все срезы присыпают дробленым углем и дают им немного подсохнуть. В емкость части корней высаживают на несколько сантиметров вглубь и хорошо увлажняют. Через какое-то время из элемента корня вырастает росток колерии.

Заболевания и вредители

Растение редко болеет, от переизбытка влаги может появиться мучнистая роса или корневая гниль. Если появились серые или белые пятна на листовых пластинах, пораженные части удаляют, а растение поддают обработке фунгицидами. При заболеваниях корней также все больные корешки обрезаются, посыпаются древесным углем и орошаются фунгицидными препаратами. Цветок пересаживают в новый субстрат, а горшок дезинфицируют. Из-за неправильного ухода могут возникать некоторые проблемы с колерией. Чтобы их избежать, нужно учесть следующие нюансы:

  • нет цветения – слишком слабое освещение или дефицит удобрений;
  • пятна темного цвета на листовых пластинах указывают на полив холодной водой;
  • желтизна листьев и чрезвычайно удлиненные побеги возникают от недостатка света;
  • листки сворачиваются от сухости воздуха в помещении;
  • дряблость побегов и листовых пластин может появиться от корневой гнили.

Из вредителей колерию могут иногда повреждать паутинный клещ и тля. В таких случаях растение омывают мыльным раствором и обрабатывают инсектицидами. Эффектная колерия настолько простая и некапризная в уходе, что ее культивирование под силу даже новичку. А обеспечение правильного ухода станет залогом долгого и обильного цветения «колумбийской красавицы».

О том, как правильно ухаживать за колерией, смотрите в следующем видео.

Цветок колерия уход в домашних условиях формирование кроны размножение и пересадка фото. Колерия уход Колерия peridot s rolo

Колерия (лат. Kohleria) – травянистый многолетник, который выращивается как декоративное комнатное растение. Родина – тропические регионы Южной и Центральной Америки. Род Колерия (Kohleria Regel) насчитывает более 65 видов, входит в состав семейства Геснериевые.

У растения колерия листья яйцевидно-продолговатой формы, по краям городчатые, по текстуре мягкие, покрыты опушением, длина листовой пластины составляет 12-15 см, ширина – около 8 см. Окрас листьев темно-зеленый (кажется практически черным) с прожилками красноватого оттенка либо оливково-зеленый с центральной прожилкой более светлого тона, густой ворс может быть белым или красноватым. Гибриды могут иметь серебристый или даже бронзовый окрас листьев.

Цветение долгое и обильное. На пазушном цветоносе цветы располагаются одиночно или по 2-3 шт. Они имеют колокольчатую форму, длина трубки составляет около 5 см, у зева венчик суженый, а к концу – немного вздутый. Цветы некоторых видов напоминают наперстки. Зев широко раскрыт, состоит из 5 тупых долей, украшенных точками, крапом, штрихами.

Природные виды могут иметь разнообразный окрас: оранжево-красный с зевом желтого цвета в крапинку темно-красного оттенка; розовый венчик с зевом белого цвета, покрытым темно-розовым крапом; каштаново-коричневый венчик с крапинами белого цвета, зев белый с рисунком розового оттенка и т.д. Гибридные формы добавляют фуксиевые, вишневые, аметистовые, золотистые, зеленые оттенки, и даже тигровый окрас.

Не смотря на оригинальный внешний вид, длительное цветение и довольно простой уход, растение мало распространено среди цветоводов.

Уход за растением колерия в домашних условиях

Даже начинающие цветоводы способны справиться с уходом за цветком.

Освещение и выбор места

В отличии от других представителей , колерия менее требовательна к температуре воздуха и уровню влажности – подойдут обычные комнатные условия.

Подберите для растения укромное место без сквозняков.

Растение светолюбиво, но не допускайте перегревания от прямых солнечных лучей, особенно следите за этим в жаркие летние дни. Если в период покоя колерия не сбросила листья, потребуется хорошее освещение.

Температурный режим и полив

Температурный режим поддерживайте в диапазоне 20-25° C. В период покоя понижайте до 15-17° C.

В период активного роста и цветения (весна-осень) поливайте умеренно. Поддерживайте баланс: не переувлажняйте, но и не допускайте пересыхания земляного кома. С наступлением зимы полив минимизируют. Когда надземная часть отмерла, достаточно периодически немного увлажнять грунт, чтобы корневая система не пересохла.

Влажность воздуха

Колерия адаптирована к сухости воздуха, но как жительница тропиков любит влажность. Не допускайте попадания воды на бархатные листья растения: опрыскивайте пространство вокруг цветка, можете периодически помещать горшок с растением на поддон с влажным керамзитом, мхом.

Вода для опрыскивания и полива необходима умягченная (отстаивайте хотя бы в течении суток), комнатной температуры.

Подкормки

В период активного (апрель-август) необходимо подкармливать удобрениями для декоративно-цветущих растений. Вносите подкормки каждую неделю.

Период покоя и пересадка ризом в начале весны


Зимой наступает период покоя: надземная часть отмирает. Необходимо поместить растение с сухое прохладное место, периодически увлажняйте земляной ком, чтобы не пересыхала земля. Весной проведите пересадку ризом (корешков).

Для посадки растения используйте небольшие плошки. Обязательно заложите на дно емкости дренажный слой.

Подойдет универсальный субстрат, по возможности приготовьте следующую землесмесь: листовая, дерновая земля, торф, песок в соотношении 2:1:0,5:0,5.

Формирование кроны колерии

Чтобы был пышным и густо облиственным, следует вовремя прищипывать верхушки побегов, стимулируя рост боковых побегов. Начинают с центрального побега: ножницами срезают точку роста над 6-8 листом.

В этом случае начнут активно развиваться пазушные побеги, с ними поступают таким же образом: срезают верхушки над 6-8 листом, можно над 3-4-м. Такое прищипывание позволит сохранить компактный кустик с пышными листочками и веточками.

Если не прищипывать колерию, она будет расти в один ствол, вид останется совсем непривлекательный: растение вытянется, а во многих случаях колерия может даже полегать, некрасиво свисая из горшка.

Размножение колерии

Возможно семенное и вегетативное размножение (черенками, делением корневища).

Выращивание из семян

Для получения необходимо провести перекрестное опыление. Высевайте их весной в торфяно-песчаную смесь. Увлажните почву, распределите семена по поверхности не заглубляя. Накройте посевы прозрачной пленкой или стеклом, поместите в светлое, теплое место. Ожидайте всходов 2-2,5 недели. Периодически проветривайте парник. С появлением 2 настоящих листочков пикируйте растения и рассадите по отдельным горшочкам.

Размножение черенками

Можно проводить круглый год. Срежьте острым ножом верхушечный черенок и укореняйте в воде или грунте (песок и торф 1 к 1). Укорененный черенок посадите в горшочек, а с появлением новой пары листьев следует прищипнуть верхушку для стимулирования роста боковых побегов.

Размножение делением корня

Проводят весной во время пересадки. Выньте растение из горшка, продезинфицируйте нож и разделите корневище на части. Обработайте срезы фунгицидом. Корни высадите в отдельные емкости, заглубляя на 1,5 см. Периодически поливайте и растение даст новые побеги.

Видео о размножении колерии листом и черенками, а также пересадке:

Болезни и вредители, недостатки в уходе

Серый налет на листьях свидетельствует о поражении грибковой инфекцией. Обычно это случается от переизбытка влаги в воздухе и грунте. Необходимо удалить пораженные участки, провести обработку фунгицидом.

Если листья и побеги сохнут, деформируются – это свидетельствует о поражении вредителями (тля, паутинный клещ). Проведите обработку инсектицидами.

Нюансы в уходе:

  • Будьте аккуратны: листья растения хрупкие, при механическом воздействии легко ломаются.
  • При попадании воды на листьях появляются пятна, потом лист сохнет и опадает.
  • При избыточном поливе появляется гниль.
  • Под воздействием прямых солнечных лучей либо от избытка питательных веществ листья бледнеют, покрываются желтыми пятнами.
  • Скручивание листьев происходит при недостатке влажности воздуха.
  • Если на зиму растение не сбросило листья, они могут вянуть из-за недостатка освещения – прибегните к применению фитоламп.
  • Причинами отсутствия цветения могут быть: недостаточное освещение, сухость воздуха, переувлажнение грунта, нехватка питательных веществ, повышенная или пониженная температура воздуха в период покоя.

Можно ли держать колерию дома? Приметы и суеверия

Колерия считается растением с непростым характером: пушистая красавица обладает сильной энергетикой, дарит комфорт и приятные эмоции домочадцам, одновременно отгоняя негативные проявления внешнего мира. Сильная и скромная, эта фиалка легко защитит ваш дом от злых мыслей недоброжелателей.

Виды колерии с фото и названиями

Колерия наперстянкоцветная Kohleria digitaliflora

Побеги растения достигают высоты 80 см, с возрастом они становятся полегающими. Листья продолговато-яйцевидной формы располагаются супротивно, составляют в длину 12-15 см, в ширину – около 8 см. Окрас листьев светло-зеленый. Венчик-трубка вытягивается на 3-5 см в длину. Широко раскрытый отгиб состоит из 5 долей, верхние доли имеют желтовато-зеленый окрас, 2 нижние – темно-малиновый. Растение полностью (листьями, побеги, цветы) покрыто белыми волосками.

Колерия приятная Kohleria amabilis

Высота кустика составляет около 40 см. Листья широкие, яйцевидные, имеют серебристо-зеленый окрас с прожилками коричнево-пурпурного оттенка. Трубчатые венчики длинной 2 см окрашены в ярко-розовый цвет, отгиб украшен крапом малинового оттенка.

Колерия пушистоцветковая Kohleria eriantha

Высота достигает полуметра. Темно-зеленые листья покрыты пухом красноватого оттенка, проходящим по прожилкам и краям. Длина венчика – 5 см, он имеет оранжево-красный окрас, нижние доли отгиба покрыты пятнышками желтого цвета.

Колерия боготская Kohleria bogotensis, Kohleria amabilis var. Bogotensis

Достигает высоты 60 см, длина листа – примерно 10 см. Окрас листовых пластин может быть насыщенным зеленым или более светлым. Венчики окрашены в желто-красный цвет, внутри разбросаны багровые крапины.

Колерия Линдена Kohleria lindeniana

Компактный кустик высотой 20-30 см. Листья красивые: сверху темно-зеленого цвета, покрыты белесым опушением, нижняя часть листовой пластины светло-зеленая с розоватым отливом, узор основных прожилок выражен ярко. Венчики длиной 6 см окрашены в светло-фиолетовый цвет, по ним проходят белые полосы и коричневые пятна.

Колерия Варшевича Kohleria warszewiczii

Достигает высоты 40 см. Листья темно-зеленые, плотные. Цветы крупные, окрас венчика сиреневый с отгибом цвета лайма и коричневым крапом.

Колерия колосковая Kohleria spicata

Кустик высотой 30 см. листья овальной формы окрашены в темно-зеленый цвет. Цветочки маленькие, имеют красно-оранжевый окрас.

Колерия трубкоцветковая Kohleria tubiflora

Достигает роста 40 см. Трубчатые цветы пламенно-красного оттенка без ярко-выраженного отгиба красуются на длинных цветоносах.

Колерия волосистая Kohleria hirsuta

Листья темно-зеленые с фиолетовым отливом. Цветы красные, с отгибом желтого оттенка.

Лучшие сорта колерии с фото и названиями

Колерия сорт Манчу Manchu

Налитые листья имеют светло-зеленый окрас. Цветы апельсинового оттенка покрыты бордовым крапом по отгибу.

Колерия сорт Ронго Rongo

Листья светло-оливкового окраса покрыты прожилками более светлого оттенка. Цветы имеют нежно-фиолетовый окрас, внутренняя сторона покрыта крапом бордового оттенка.

Колерия сорт Саншайн Sunshine

Компактный сорт с темно-зелеными листьями. Цветы окрашены в розовый цвет, пара лепестков отгиба имеет более темный оттенок, весь отгиб украшен темно-бордовым крапом.

Колерия сорт Mother’s Lipstick

Колерия Kohleria Mother’s Lipstick фото

Интересное название сорта «мамина помада» вполне оправдано: цветки выглядят весьма эффектно. Игра насыщенно-розового и темно-бардового оттенков, вкрапления белых пятнышек и правда создают иллюзию блеска на губах.

Колерия гибридная sciadotydaea hybrid

Гибридная форма sciadotydaea hybrid имеет очень крупные бархатистые цветки с розово-алой гаммой. Интересный точечный рисунок на лицевой стороне лепестков создает иллюзию дорогой ткани на фоне темно-зеленого полотна не менее роскошных листьев.

Колерия cinnamon toast

Очень красивый сорт cinnamon toast с бархатистыми листочками и цветами. Требует опору, высокорослый. Трубчатые цветки кораллово-красной гаммы равномерно укрывают куст.


Корешок колерии похож на луковичку с чешуйками, а цветочки напоминают колокольчики,
лепестки которых испещрены вкраплениями и штрихами. Листва на поверхности густо покрыта пушком. Цвет колокольцев, размер растения, расцветка опушки и прочее – всё это различия видов колерии, которые классифицированы и обозначены конкретными названиями.

Разновидностей растения почти полсотни или даже немного более того, а цвести колерия при благоприятном климате может почти круглогодично. Молоденькие растения расцветают одним бутончиком, а взрослые дают от двух до пяти цветков.

Каждый цветок расцветает колольчиком-трубочкой, добавляющей эстетики и необычности яркому и самобытному растению. Из всего многообразия колерий в домашних условиях выращивают порядка десяти видовых вариаций. В основном это гибридные формы, более щедрые на цветение и разнообразие расцветок. Цветовая гамма представлена красным, оранжевым, коралловым и бордовым тонами и их различными оттенками, сочетаниями.

Встречается этот вид в колумбийских тропиках и на коста-риканских просторах. Вырастает она более полуметра в высоту, распускаясь огненными, красными и оранжевыми цветками , эффектно дополненными длинной овальной формы листвой, которая на поверхности густо-тёмно-зелёного цвета, а с изнанки красноватая. Цветки среднего размера, по 2-2,5.

Колумбийские леса являются местом обитания этого вида. И листва и побеги её покрыты густой опушкой в виде множества белых тончайших ворсинок. Сами листья, при невеликом росте куста, довольно большие, ланцетного типа, достигают до пары десятков сантиметров по длине, а до 12 см по ширине. Черешки же, на которых листики крепятся к стеблю коротенькие.

Расцветает kohleria digitaliflora пятью цветками, которые располагаются на пазушных соцветиях . Трубочка у венчика беленькая, с розоватым переходом наверху, длиной около трёх сантиметров. Цветы крупненькие, преобладает белый тон. Изнутри зев окрашен в зелёный и оттенён пурпуром, в виде точек-мазков. Наиболее активное цветение приходится на окончание лета и первую треть осени. Как ампельный вид наперстянкоцветковая колерия не котируется, так как крепкие прямостоячие побеги осложняют такое применение растения.

Место обитания – горные ландшафты Эквадора. Побеги одеты в белесую опушку, ланцетоподобная листва вытягивается до семи сантиметров по длине, а в ширину до пары сантиметров. Тёмные густо-зелёные листики раскрашены по поверхности светло-зеленоватыми и серебристо-белыми росчерками прожилок, а с изнанки расцвечены лёгким розовым цветом. Высота кустика составит не более трети метра.

Цветоносы достигают шести сантиметров и раскрываются одиночными или несколькими пазухами в которых появляются бутончики. Цветки небольшие, длина колокольчиков около сантиметра. Трубка украшена белой опушкой, а внутри жёлтая.

Зев белого тона с коричневыми пятнышками, а на отогнутых лепестках имеются лиловые штрихи. Пик цветения приходится на первую половину осени и до середины включительно. Отличительная особенность – очень приятный и явный аромат. ,

Горные массивы Колумбии – естественная среда обитания низкорослой колерии. Растёт она преимущественно на высотах 800 метров относительно уровня моря. Зелёные и красноватого цвета побеги одетые в белую опушку, вытягиваются до двадцати сантиметров в обычных условиях, а в особо благоприятных могут вырастать до шестидесяти сантиметров.

Черешки 2,5 см, на них крепятся яйцевидные листья, распложеные супротивно, почти семь-десять сантиметров в длину и три в ширину. Окрашены они по поверхности в густой тёмно-зелёный или серебристо-зелёный цвет с коричнево-красными росчерками, изнутри лист более светлый по сравнению с тоном поверхности.

Пазушного типа цветочки снаружи покрыты нежным пушком, трубочка в венчике розоватая. Зев белый, на отгибах частые пятна пурпура, вишнёво-карминные или малиновые крапинки. Цветёт колерия приятная почти целый год.

Естественная среда обитания – Центральная Америка. Это пышнорастущий куст, с яйцевидными, слегка заострёнными листиками, покрытыми красноватого тона опушкой с внутренней стороны и по каёмке.

Листва с бронзовым отливом, а цветы огненно-карминные с внешней стороны и жёлто-солнечные с красными вкраплениями изнутри. Лепестки оконтурены жёлтой полоской по краям. Оригинальная расцветка делает этот вид колерий особо востребованным для декорирования.

Произрастает в Мексике. Куст вырастает около 45 сантиметров, его тёмная зелёная или изумрудная листва одета в густой бархатистый пушок слегка красноватый по кайме. Цветёт колерия крупными колокольчиками, окрашенными в красные и оранжевые тона, усеянные частыми белыми, розоватыми или солнечно-жёлтыми крапинами и мазками.

Каменистые почвы лесов Северной Америки – место обитания боготской колерии. Серебристо-зелёные или с коричневым отливом листья, длиной до 7,5 сантиметров и до 3,5 см шириной, по форме напоминают сердечки, а по краю имеют зубчатую кайму. Интересно, что опушение идёт вдоль прожилок. Поверхность листа гораздо темнее внутренней стороны. Высота кустика достигает шестидесяти сантиметров. Побеги прямостоячие, без разветвлений.

В июле распускается красно-жёлто-солнечными бутончиками с крапинами бордового тона и цветёт вплоть до середины осени. Цветоносы довольно длинные, в опушке, венчик тоже окутан бархатными ворсинками. В середине лета колерия боготская даёт цветки пазушного типа, величиной по 2,5 см, которые вырастают поодиночке или парами.

Трубка, оранжево-красная в основе, с лёгким красноватым тонированием по длине, покрыта густыми ворсинками-пушком с наружной стороны. Изнутри она гладкая и жёлтая, с алыми штрихами и крапинами. Завершается период цветения в начале осени.

Основное отличие – это мелкая листва, в соотношении с высотой куста.

Описание и фото сортов

Селекционные сорта колерии представлены большим разнообразием. Они выведены посредством межвидовых скрещиваний и неприхотливы к домашнему содержанию . Принципиально выращивание разных сортов тропических красавиц-колерий в домашних условиях не различается, разновидности колерий не требуют особенного подхода.

Колерия Флэшдэнс выведена в 2001 году селекционером из Швеции – Susanne Hvegholm.

Кремово-розовые лепестки с уходом в жёлтый отлив усеяны пятнышками-мазками малиново-фуксиевого цвета. По краю цветка проходит ярко-малиновый кант. Листва умеренного зеленого цвета.

Сорт выведен в 1982 году селекционером P.Worley. Был создан посредством скрещивания двух колерий Amabilis разновидностей Bogotensis и Eriantha/

На прямом сильном стебле с тёмно-густо-зелёнью листьев, уходящих в бронзовый тон, расцветают большие белые у основания и тёмно-красные по длине трубки колокольцы . На отгибах лепесточки белые в густом набрызге розово-красных пятен. Дополняют цветовую палитру тёмные розовые мазки. Очень яркое цветение подчёркивается тем, что пятнышки сливаются в полоски-штрихи, сочетая в окрасе спонтанность и геометричность.

Листва мягко клонится книзу, края её с зубчатым кантиком. Сам куст небольшой, но цветёт очень обильно.

Колерия Карл Линдберг представляет собой один из сортов с наиболее тёмным окрасом. Густо-тёмно-лавандовые трубки, словно бархат, оттенены белыми горлышками и добела высветленными на отгибах лепесточками, усеянными бордово-малиновыми брызгами, сгущающимися к основанию до сплошной опоясывающей трубку горизонтальной линии.

Колерия Королева Виктория – очень нежная цветочная композиция с крупными чуть розовыми цветками. Розовый тон подчёркивают белое горлышко, выбеленные лепестки и густые свекольные точечки-штришки с розовыми напечатками. Листья наклонены вниз, тёмно-зелёного тона.

Большие тёмно-красные трубки-колокольцы с белым горлышком и лепесточками. Густые лучики и точечки тёмно-вишнёвых и тёмно-красных цветов смотрятся феерически. Листья сильно клонятся вниз, цвета густой тёмной зелени.

Огненные оранжевые с красным колокольчики с нежным жёлто-белым горлом и выбеленными на отгибах лепестками часто усеяны насыщенными розово-фуксиевыми брызгами разной величины и обрамлены листвой тёмно-зелёного тона. Растение компактное и яркое.

SRG’s Persian Carpet

Создана в 2013 году селекционером S.Saliba. Persian Carpet означает персидский ковёр. Колерия такая же насыщенная по цвету и бархатная как восточные мотивы.

Большие бархатистые цветы простой формы красно-малинового тона с нежно-жёлтым горлышком. Жёлто-солнечные отгибы лепестков наряжены крупненькими горошинками вишнёвого цвета и оттенены малиновым кантиком из густого тёмно-розового набрызга. Пятнышки в жёлтом ореоле будто светятся, особенно сияя в ярких лучах солнца.

Зубчатая листва тёмного зелёного тона с красноватой каймой дополняет эффектность композиции. Цветёт изобильно, а сам кустик компактный, развивается в виде пышной шапки.

Sunny

Большие жёлтые цветы, с красным крапом и штрихами, расходящимися в виде лучиков от горлишка. Умеренно зелёная листва с зубчиками. Растение небольшое, собранное, цвет даёт очень обильный.

Основные правила ухода

Освещённость и расположение

Растение светолюбиво, но прямые солнечные лучи в летнюю жару могу навредить. Наиболее оптимально будет поставить горшок с растением около восточного или западного окна летом, а в зимний период – около южного.

  • Если нет возможности в летний период переставить горшок с южной стороны, то требуется притенение шторкой.
  • Если нет возможности в зимние месяцы поставить колерию у южного окна, то необходимо создать дополнительный световой источник с помощью фитолампочки или люминесцентной подсветки.
  • Из-за недостатка света колерия скорее всего не даст цвета, а при избытке палящих лучей станет сохнуть и желтеть.

Температура

Колерия отнюдь не поклонник жары. Весной и летом предпочтительна температура +20-25°С, а зимой градусов на пять-шесть пониже, выживает при 12, но это уже критично для её самочувствия. Жару колерия выдерживает, но лишь короткое время, а при температурах ниже положенного легко может погибнуть.

Самое страшное для этого растения – сквозняки и температурные перепады. По этой причине недопустимо оставлять колерию у окна в зимний период во время проветривания. В тёплые сезоны она любит находиться на свежем воздухе, так что можно смело отправлять её на балкон или поставить в саду.

Важно! При температуре более чем +25°С почки пробуждаются и наступает настолько активный рост, что корни не могут справиться с задачей полноценной подпитки побегов. В итоге колерия становится долговязой и неуклюжей, прерывает цветение. Более приемлима в этот период температура +20°С.

Любит влажную атмосферу, более 60%, но вполне выживает при сухом климате. Тем не менее, не стоит усугублять ситуацию, помещая горшок с растением вблизи системы отопления.

Желательно организовать вокруг колерии дополнительные источники влаги, расставив вокруг чаши с водой и положив в глубокий поддон гальку или керамзит, регулярно увлажняя их водой. Идеально будет расположить рядом увлажнитель-испаритель.

Можно также опрыскивать пространство вокруг цветка, но не сам цветок. Дело в том, что опушение листьев задерживает капельки воды, и поэтому при высыхании образует портящие вид белые пятна. По этой же причине используют мягкую воду и самый мелкий распылитель. Дополнительное увлажнение особенно актуально летом, а в случаях, когда в квартире очень сухой климат, из-за особенностей отопления, то и зимой.

Полив

Увлажнение требуется регулярное и обильное, но не чрезмерное. Сигнал к поливу – просыхание верхнего слоя земли. Недопустима полная пересушка почвосмеси в горшке, как и застой воды в горшке, эти причины могут спровоцировать гибель колерии. Обязателен дренаж для отвода избытка воды. Идеален полив через глубокий поддон – снизу.

В зимнее время процедуру увлажнения почвы сокращают вдвое. В среднем летом и весной поливают раз в четыре дня, а осенью раз в 7-12 дней, а в зимний сезон раз в три-четыре недели.

Удобрения

Обильного прикорма растение не любит. Минеральными растворами кормят колерию с середины весны и до начала осени, один раз в две недели. Используют универсальные минеральные подкормки для домашних цветущих растений, только раствор делают в два раза слабее рекомендованного в инструкции. Приветствуется повышенный процент фосфора в составе. В период покоя удобрения не применяют.

Период покоя

После увядания всех цветов начинают готовить колерию к зимнему покою. Убирают засохшие цветки, старые сухие веточки, обрезают слишком длинные побеги.

Важно! Нужно понимать, что она не засыпает на этот период, а впадает в состояние умеренного замедления всех жизненных процессов. Поэтому следует поместить растение в более прохладное место и поменьше поливать.

Есть некоторые сорта, которым можно создать дополнительное освещение и они продолжат цвести, но в основном колерии нуждаются в отдыхе.

Пойдёт грунт лёгкого типа, слабокислый, гигроскопичный и рыхлый. Например, почва для сенполий. Дно горшка выстилается двухсантиметровым слоем дренажа из керамзита или битого красного кирпича.

Рецепты почвосмесей для колерий:

  1. торф, песок, земля листовая 1:1:4;
  2. песок, торф, дерновая почва, листовая 1:2:1:1;
  3. торф, перегной, листовая почва, песок 1:1:2:1.

Обрезка

Заниматься обрезкой лучше весной, в период активизации развития куста. Для повышения обильности цветения и создания правильного роста побегов.

Для ампельного типа

Слегка прищипывать верхушечки, корректируя тенденцию к вытягиванию, провоцируя процесс разветвления побегов.

Для обычного

На второй год жизни приступать к регулярной обрезке побегов наполовину или треть. Так будет задан вертикальный режим роста.

Пересадка

Производится весной с целью омолаживания куста для сохранения декоративных качеств, каждые два-три года. Оптимален метод перевалки. Горшок берётся немного больше старого, предпочтительна широкая посудина небольшой глубины.

Разводят колерию делением корня и черенками с верхушек побегов, либо семенами. Самый эффективный и лёгкий способ в случае с колерией– деление корнями.


Популярные селекционеры и серии

Природа

Биологи регулярно проводят уточнения в разновидностях колерии. Большая ревизия была проведена в 1992 году. А в 2005 два сорта Capanea перевели в род колерий. Колерию же Карла Линдена произвели в автономную группу Глоксинелл. В конце 20 века был обнаружен необычный вид эпифитно растущей колерии с шерстеобразной опушённостью трубки.

Межвидовые гибриды насчитывают порядка десяти, в природных условиях это обычный процесс. Например, Trinidad – получен от скрещивания трубкоцевтной и волосистой колерий.

Стараниями селекционных дел мастеров была образована не одна сотня сортов с индивидуальными размерами растения и необычайными параметрами цветков, новыми окрасами и формой, листвой с пёстрой расцветкой и изменённой формой. Обильность цветения селекционных сортов обычно выше, габитус более компактен, а растёт цветок медленно, что дольше сохраняет его декоративные свойства.


Совместными действиями человека и природы преумножается богатство форм и красок этого яркого и колоритного цветкового растения.

Справка! Интересная особенность колерии менять тон окраски цветка по мере раскрытия бутона ещё больше начинает играть и сиять с помощью умелого вмешательства селекционеров.

Заключение

Растение из Колумбии украсит любой дом, придав атмосфере изысканную творческую ноту и непосредственность. Кусочек тропиков в наших широтах поистине чудесное явление, только редко уже кто вспоминает из каких далёких краёв пришла к нам в гости красавица-колерия.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Колерия это разновидность растения из семейства Геснериевых. Родиной данного вида является Мексика. Насчитывается в природе около 65 видов.

Колерия радует обильным цветением. Корневая система представлена клубнями. Листва овально продолговатая с небольшой опушенностью. Оттенок у листьев встречается светло салатовый или темная оливка с прожилками вдоль листа, алого оттенка.

У некоторых сортов щетина на листьях может быть алого или бронзового оттенка. А у гибридных особей листья имеют бронзовый оттенок. Цветение происходит чаще по несколько бутонов и при этом расцветка может быть самая различная. Свое название растение приобрело в честь учителя Колера.


Сорта и виды

Индивидуальностью этого сортового типа считается высота растения, которая достигает до 45 см. Листья имеют темный насыщенно зеленый оттенок с алым оттенком щетинки на листьях. Соцветия имеют апельсиновый или алый цвет.

Колерия «Боготская» высота у этого сорта колеблется в районе 60 см. соцветия имеют желто горячий оттенок с оранжевыми пятнами. Цветение длится с середины лета и до начала осени.

Колерия «Линдена» ее родиной является Эквадор. Высота растения около 30 см. Стебли у растения имеют небольшую, светлую щетину. Листья овальной формы. На цветоносе появляются по несколько бутонов.

Колерия «Варшевича» высоту имеет около 40 см. оттенок листьев зеленый с красной окантовкой. Этот сорт популярен за свою пеструю и индивидуальную расцветку у соцветий. На насыщенной розовой трубочке виднеются светлые ворсинки. Лепестки у него цвета лайма и с бордовыми точками.

Колерия «Красная» этот сорт уже довольно давно распространён среди цветоводов. Оттенок у цветков насыщенно красный.

Колерия «Manchu» это небольших размеров растение с опушенностью на листьях. Листья налитые светло зеленого оттенка. Цветение происходит целый год. Оттенок у цветков апельсиновый с бордовым вкраплением.

Колерия «Rongo» — оттенок у цветков нежно фиолетовый и с внутренней стороны с бордовыми крапинками. Листва имеет оливковый оттенок со светлыми полосами. Цветение проходит длительный период. Этот сорт выведен в 1974 году. Цветочки большие в форме колокольчика. Цвет лепестков солнечный с оранжевыми полосками и алыми точками на лепестках. Листья с оттенком светлой оливки.

Колерия «Sunshine» этот сорт имеет компактные размеры и всегда радует обильным цветением. Оттенок у цветков розовый с парой более темных лепестков. Поверхность лепестков покрыта темно-бордовыми крапинками. Листья имеют темно-зеленый оттенок с опушенной поверхностью.

Колерия уход в домашних условиях

Растение неприхотливо в уходе, поэтому его вырастить под силу даже самому неопытному цветоводу. Предпочитает обильное освещение, но без попадания прямых солнечных лучей. Предпочтительно располагать колерию на западной или восточной стороне комнаты.

При недостаточном освещении растение откажется цвести, а листья будут вытягиваться и бледнеть. При недостатке света можно использовать искусственный дополнительный свет, это существенно в зимний период.

Температуру воздуха растение предпочитает повышенную, поскольку оно родом из теплых стран. Летом хорошо перенесет и 30 градусов, а в зимнее время температура не должна быть ниже 18 градусов. Следует избегать сквозняков, для растения они губительны.

Полив и влажность воздуха

Полив для растения необходим нечастый, поскольку растение восприимчиво к излишней влажности в почве. Следует производить полив один раз в 7 дней. Вода для полива должна быть мягкая и теплая комнатной температуры.

Увлажнение воздуха растение предпочитает повышенное выше 55%. Поэтому опрыскивать не рекомендуется, поскольку опушенные листья могут начать гнить. Лучше в комнате разместить увлажнитель воздуха или в поддон наложить влажных камней.

Подкормка колерии

Колерия нуждается в подкормках в период активной вегетации. Удобрения подойдут с добавкой минеральных веществ, можно взять уже готовые для сенполии или комнатных цветущих растений.

На зимнее время подкормки необходимо убрать полностью, а в качестве альтернативы под живить грунт биогумусом, чтобы растение смогло нарастить больше зелени. Но такие подкормки нужно вводить до появления бутонов.

Обрезка колерии

В период наступления холодов растение может начать зимовку. Тогда начинают вянуть листья, это считается природным процессом. Цветку следует помочь и обрезать его до основания корней. Такие растения следует расположить в темном месте и раз в 30 дней увлажнять ему грунт, для поддержания корневой системы. А в середине зимы ваша колерия начнет приходить в себя и оживать.

Если же ваше растение стоит и не теряет внешний вид, то обрезку производить нет необходимости. Удалять следует по мере необходимости сухие и увядшие стебли и цветки.

Обрезку следует проводить до момента вегетации, формируйте растение, соответственно вашему предпочтению. Лучше взять ножницы, и срезать верхушку так, чтобы получить в дальнейшем пышное растение. Или, если вы предпочитаете ампельный куст, не нужно производить обрезку и побеги со временем будут ложиться, и будут соответствовать вашему желанию.

Пересадка колерии

Колерию следует пересаживать по мере заполнения корневой системой ёмкости, в которой она находится.

При пересадке растения земляной ком переваливается в большую ёмкость, а недостающие места заполняются свежей землей.

Состав грунта для колерии

Составить грунт для колерии самостоятельно может каждый цветовод. Можно приобрести готовый продукт в магазине. Подойдет грунт для сенполии.

Или можно смешать дерновую почву, крупный песок, перегной и листовая почва. Все компоненты смешивается в равных частях. На необходимо расположить дренаж, чтобы избежать застоя воды.

Размножение колерии

Размножается растение черенкованием, семенами и разделением корневой системы.

Семена следует высевать во второй половине зимы. Грунт для засева необходимо смешать листовой и песок. Семена не присыпают, а слегка прижимают, увлажняют и прикрывают полиэтиленом. Периодически проветривая. После появления всходов снимаем полиэтилен, а после появления первой пары листьев, нужно пикировать саженцы по отдельным горшкам.

Чтобы размножить растением черенкованием, необходимо взять побег около 8 см длиной и укоренить его субстрат из песка и перегноя. Обеспечить нижний подогрев. Это поможет растению быстрее укорениться. Следует прикрыть растение пленкой до момента появления корней.

Делением корневой системы растение размножают весной, до начала вегетации. Достав из ёмкости растение, разделяем корневую систему на равные части с почками и хорошими долями корней.

Болезни и вредители

  • Почему растение не цветет — причина недостаток удобрения в почве или недостаток освещения, а также сухой воздух в помещении.
  • Растение может поражать грибковая болезнь, ее причиной может стать лишняя вода в грунте.
  • Темные шоколадные пятна на листьях появляются от полива холодной водой.
  • А для профилактики паутинного клеща, необходимо растению в достаточной мере увлажнять воздух в помещении. А чтобы избавиться от вредителей обработайте растение инсектицидами.

уход и размножение в домашних условиях, фото, формирование кроны, виды, отзывы

Добавить в избранное

Полукустарник колерия среди цветоводов встречается нечасто. Несмотря на то, что это растение достаточно экзотично, а также цветёт на протяжении нескольких месяцев, разводить его решаются только опытные растениеводы. Связано это с тем, что ему необходим кропотливый уход и ежедневное внимание. В этой статье будет подробно рассказано, как начинающему цветоводу успешно вырастить колерию, с минимальной затратой средств и энергии.

ПоказатьСкрыть

Ботаническое описание растения

Цветок колерия относится к семейству травянистых многолетних растений Gesneriaceae. В естественной среде это растение обитает в тёплых, умеренно увлажнённых регионах Центральной Америки, Мексики, Колумбии и на острове Тринидад. Несмотря на южные корни, это вид достаточно неприхотлив к температуре и влажности.

Знаете ли вы? Колерия была открыта в XIX веке, швейцарским учёным и биологом Кохлером. В честь первооткрывателя растение и получило своё название.

Морфологические особенности Описание
Корневая система стержневая, корневище формирует мощный и толстый чешуйчатый корень-клубень
Форма листьев слегка вытянутая, яйцевидная
Окрас листьев насыщенного тёмно-зелёного, оливкового оттенка (у некоторых сортов на листе могут проявляться красные жилки)
Форма цветков колокольчиковидная, продолговатая
Окрас цветков разнообразен, от белого цвета и красно-оранжевых оттенков с розовыми пятнами, а также штрихами, до коричневых тонов с белыми точками
Форма плодов округлая
Окрас плодов оттенки оливкового либо коричневого цветов
Стебельразветвлённый, в естественных условиях вырастает до 1,5 м, в комнатных — около 20–30 см; нижняя часть стебля древесного типа, верхняя — травянистого
В комнатных условиях цветёт растение зачастую с начала июля по конец октября, но при соответственном уходе цветение колерии может продолжаться с ранней весны до поздней осени. Вырастают цветки из пазухов листочков небольшими группами по 2-3 штуки. Цветки располагаются на небольших цветоножках, они отличаются ярким и насыщенным окрасом. Зацветает растение синхронно, после чего постепенно происходит обновления цветков, поэтому на взрослом экземпляре может одновременно развиваться до 100 цветков. Средняя продолжительность жизни цветка составляет 20 суток.

Основные сорта

Колерия поражает разнообразием. Сегодня известно огромное количество всевозможных сортов, отличающихся не только ярким окрасом цветков, но и формой кустика. Кроме того, часто встречаются экземпляры, отличающиеся бархатными листками либо опушением всевозможных цветов.

Наиболее популярные разновидности цветка:

  1. Ампалланг — цветки сорта имеют редкий оттенок фуксии, который украшен мелкими пурпурными пятнышками. На листиках растения отчётливо выделяются тёмные прожилки.
  2. Пушистоцветковая — отличительной чертой сорта является повышенная бархатистость цветков и зелёной массы. Колерия пушистоцветковая имеет крупные цветы красного либо тёмно-оранжевого цвета, дополненные жёлтыми точками в нижней части.
  3. Королева виктория — цветки у этого сорта похожи на маленькие трубочки. Их внутренняя часть белая, с тёмно-розовыми полосочками и белой каймой, а внешняя — нежного розового оттенка.
  4. Линдена — представители сорта отличаются бархатистыми тёмно-зелёными листочками, покрытыми серебристым пухом, а также цветками лилового цвета снаружи и белого внутри.
  5. Бибби — один из самых ярких сортов. Он имеет большие белые цветки, с жёлтым зевом и вишнёвыми точками. Дополняют их насыщенные зелёные листки, покрыты опушением.
  6. Флешденс— это растением имеет крупный цветок кораллового окраса с розовыми полосками, его дополняют трубочки и лепестки бледно-жёлтого цвета.
  7. Боготская — состоит растение из небольших соцветий алого окраса, покрытых многочисленными волосками. Внутренняя часть соцветия имеет яркий оранжевый оттенок, с мелкими красными точками.
  8. Красная — эта колерия имеет небольшие размеры и мелкие цветки, насыщенного красного либо тёмно-красного цвета.
  9. Варшевича — отличается большими пёстрыми цветками розового оттенка, их дополняют салатовые лепестки и трубочка, покрыты многочисленными вишнёвыми вкраплениями.
  10. Величественная (магнифика) — поражает сорт огромными цветочками, напоминающими колокольчики. Они имеют красно-бордовый окрас, дополненный алыми вкраплениями. Также сорт отличается зелёными листками, покрытыми орнаментом, напоминающим стёганое покрывало. С нижней стороны листки покрыты белыми волосками.
  11. Трубкоцветковая — сорту характерны удлинённые трубчатые цветки, оранжевого тона. Их изящно дополняет зев с характерным штриховым рисунком, листки при этом имеют яркий и насыщенный зелёный цвет.

Микроклимат

Чтобы добиться яркого и продолжительного цветения растения, нужно обязательно создать для колерии оптимальные условия содержания. Но, многие начинающие цветоводы пренебрегают этим требованием, в результате чего комнатный любимец часто болеет, а в запущенных случаях гибнет. Поэтому для колерии нужно обязательно создать необходимое освещение, температурный и водный режим.

Месторасположение и освещение

Домашние колерии относятся к теплолюбивым и светолюбивым представителям флоры. Лучше всего цветок растёт и развивается в местах с интенсивным, но рассеянным светом. Длительное воздействие прямых солнечных лучей для растения нежелательно, так как это может вызвать тепловые ожоги нежной листвы или цветочков. Самым лучшим местом для колерии считаются подоконники в восточной либо западной стороне. В период покоя вазоны можно переносить в неосвещённые части дома, но для активизации весенней вегетации их обязательно помещают на былое место.

Температура и влажность воздуха

Растение способно устойчиво переносить скачки температуры на протяжении суток. Несмотря на южные корни оно способно развиваться при температуре +10°С, но продолжительные снижения показателя до +5°С и ниже, для него губительны. При этом оптимальной температурой для содержания цветка считается диапазон в пределах +20…+25°С.

Колерии хорошо отзываются на влажный воздух, но благополучно растут и при невысоких показателях влажности. При этом цветок опрыскивать запрещено, связано это с тем, что его ворсинки способны задерживать влагу, а это является лучшим условием для гнилостных поражений. Поэтому орошают воздух вдали от растения либо устанавливают рядом с горшком небольшие ёмкости с водой.

Важно! Колерии плохо переносит сквозняки, поэтому проветривать помещения где она обитает нужно с осторожностью. Иначе растение может погибнуть.

Уход в домашних условиях

Кроме обустроенного микроклимата, обязательно потребуется и соответственный уход. Растение необходимо не только правильно поливать и подкармливать, но и обеспечить своевременный переход в фазу покоя. В противном случае следующая генерация цветка будет слабой, с низким иммунитетом к неблагоприятным факторам.

Полив

Во время активного вегетационного периода (начало весны — конец осени), растению нужно создать регулярный полив. В среднем колерию поливают около 1-2 раз в неделю так, чтобы влага полностью промочила весь субстрат и достигла нижних горизонтов почвы. Весной и осенью воду вносят реже, около 1 раза в неделю, ну а в разгар летней жары кратность полива можно увеличивать до 3 процедур. Для полива используют отстоянную, мягкую воду, комнатной температуры. Соли для этого вида вредны, поэтому по возможности воду для полива нужно избавить от солей кальция и магния (пропустить через фильтр для воды). Хорошо также колерия отзывается и на дождевую воду, при этом её обязательно следует нагреть до комнатной температуры и отстоять на протяжении нескольких дней.

При поливе увлажняют только почву, орошать сам цветок не следует, во избежание гниения. Традиционно для увлажнения почвы используют верхний полив, но оптимальный режим влаги в грунте наблюдается только в том случае, если верхний полив переменно чередовать с нижним.

Внесение удобрений

Регулярные подкормки — это единственная мера, которая может обеспечить колериям длительное цветение. Для этого удобрения в вазон вносят каждую неделю, на протяжении всей фазы активного вегетационного периода (со средины весны, по середину осени). Как подкормку можно использовать абсолютно любое комплексное удобрение для цветущих видов. Вносят его в жидком виде, вместо очередной процедуры полива. При этом такие смеси следует обязательно разбавлять вдвое больше, нежели это рекомендует производитель, иначе вещества могут повредить нежную корневую систему растения.

Важно! Во время покоя колерию удобрять запрещено, так как накопленные в почве вещества будут угнетать рост всходов либо приведут к гибели корневища.

Формирование кроны

Обрезка и формирование кроны относятся к необязательным процедурам, однако их не избежать, если вы хотите получить эстетически ценное растение. Проводят обрезку и формирование периодически, около 1-2 раз в месяц либо по необходимости.

Основные правила процедуры:

  • растение обрезают острым ножом или секатором, отщипывание запрещено, так как оно вызывает чрезмерное повреждение нежных тканей;
  • наиболее интенсивно обрезку и формирование проводят весной, с лета кратность процедур уменьшают;
  • формировать крону нужно с ранней весны, иначе колерия превратиться в густой кустарник;
  • прищипывают верхушку при длине растение не более 20—30 см, это активизирует рост боковых ответвлений;
  • засохшие листья и части стебля обрезают немедленно, так как они портят общий вид и эффектность цветка;
  • последнюю обрезку проводят после цветения, когда не менее чем половина растения начнёт увядать. В это время удаляют всю надземную часть, после чего колерия впадает в зимнюю спячку.

Пересадка

Пересадку колерии проводят не чаще 1 раза в 2-3 года. Идеальным для пересадки периодом считается ранняя весна. В это время цветок пробуждается от зимнего покоя и способен благополучно привыкнуть к новым условиям. Как субстрат зачастую используют любую, хорошо удобренную почву для активно растущих видов. При этом такой грунт обязательно должен отличаться высокой водо- и газопроницаемостью, а также нейтральным показателем рН. Приготовить почву можно и самостоятельно, для этого следует смешать торф, дерновую землю, листовую землю и речной песок (2:1:1:1).

Новая ёмкость должна быть обязательно на 3-4 см в диаметре больше старой, иначе процедура будет малоэффективна. Чрезмерно крупные горшки выбирать также не стоит, так как это может привести к угнетению колерии. Для пересадки подходит посудина, изготовлена из любых материалов, но традиционно для этого используют садовые горшочки из пластика либо керамики.

Основные этапы пересадки:

  1. Тщательно вымойте новую ёмкость под проточной водой.
  2. Обработайте горшок 1% раствором марганцовки, а затем сполосните его чистой водой и высушите.
  3. По необходимости простерилизуйте новую почву прогревом в духовке на протяжении 20 минут (температура +125°С).
  4. Уложите на дно чистого горшка дренажный слой в 2-3 см из мелкого гравия. После этого засыпьте гравий почвой, слоем в 2–4 см.
  5. Аккуратно вытяните колерию из горшка вместе с почвой и поместите её в новую ёмкость.
  6. Засыпьте щели между старым грунтом и новой почвой, а затем тщательно уплотните и полейте.

Видео: Пересадка колерии

Размножение

Колерия успешно размножается всеми способами, поэтому получить здоровое и цветущее растение можно как укоренением частей цветка, так и при помощи семян. При этом вегетативное размножение (корнем или черенками) считается более предпочтительным, ведь в таком случае достигаются практически стопроцентные всходы.

Знаете ли вы? Как комнатного любимца, растения впервые начали использовать в Древнем Китае, около 5 тыс. лет назад.

Делением корневищ

Делят корневищем колерию на протяжении всего года, так как этот способ даёт возможность получить дочернее растение вне зависимости от погодных условий и этапа развития растения. Однако наиболее быстрые и эффективные всходы наблюдаются при проращивании корневища весной, в активную фазу вегетации. Кроме того, этот способ также считается и наименее трудоёмким, поэтому наиболее удачно подходит для начинающих растениеводов.

Для размножения корневищем в первую очередь его необходимо выкопать и тщательно осмотреть. Для процесса пригодны только здоровые части, без каких-либо гнилостных поражений или прочих патологий. Корневище разрезают ножом на 2-3 фрагмента, по линиям чешуйки, а затем их высаживают в отдельные вазоны на глубину 2 см и обильно поливают.

Как субстрат используют любую почву для цветущих, но лучше всего растение отзывается на смесь из торфа, дерновой земли, листовой земли и песка (2:1:1:1). Её предварительно стерилизуют нагреванием в духовке при +125°С на протяжении 20 минут. При периодическом поливе в тёплом и освещённом месте всего за несколько недель появиться полноценный укоренившийся росток. Дальнейший уход за ним ничем не отличается от ухода за взрослым растением.

Черенками

Черенкование более сложный процесс, нежели размножение корневища, однако его главными плюсом является полная сохранность исходного растения. Черенок благополучно растёт в любую пору года, но лучше всего он укореняется весной либо летом, так как в это время наблюдается наиболее активный метаболизм клеток.

Черенки нарезают из взрослых кустиков цветка, возрастом не менее одного года. В качестве черенков колерии служат небольшие боковые ответвления, с 2-3 листочками, отрезают их по уровню стебля, после чего срез на кустике обрабатывается древесной золой. Черенок перед высадкой в почву следует обязательно укоренить. Для этого на несколько дней его помещают в неглубокую ёмкость с водой, так чтобы листочки находились поверх водной плёнки. Через некоторое время из стебля появятся небольшие белые длинные корешки, после чего черенок полностью готов к пересадке в почву. Для ускорения процесса в воду добавляют несколько капель Эпина либо прочего стимулятора роста. Пересаживают черенки в смесь из торфа, дерновой земли, листовой земли и песка (2:1:1:1), стерилизованную сухим жаром при +125°С. Дальнейший уход за рассадой такой же, как и за взрослыми растениями.

Важно! Перед высадкой черенков и корневища на дно горшка нужно обязательно положить дренаж в 1-2 см толщиной из мелкого гравия или керамзита.

Семенами

Семенами размножают колерию нечасто, растение способно давать полноценные плод и зрелые семечки только в условиях, приближённых к естественной среде обитания. Но, в последние годы этот способ стал достаточно популярен, так как на рынке появилось множество семян заводской селекции. К высеву семечек приступают в начале марта, иначе молодые растения не успеют подготовиться к зимней спячке. Начинают процесс с подготовки субстрата, за 1 неделю до высева посевного материала. Для проращивания семечек используется особая смесь, приготовленная из торфа и речного песка (1:1). Компоненты тщательно перемешивают, а затем для стерилизации прогревают около 20 минут в духовке (+125°С). После этого почву оставляют для восстановления при комнатной температуре.

Важно! Прищипывать ростки можно несколько раз за сезон, однако эта процедура резко укорачивает длительность первого цветения колерии.

Подготовленную почву набивают в небольшие вазоны, стаканы либо контейнеры, а поверх неё равномерно высыпают семена (заворачивать почвой семена не нужно). Посевы хорошо увлажняют, а затем по возможности укрывают прозрачным полиэтиленом либо стеклом и ставят в тёплое, хорошо освещённое место. Спустя неделю появятся первые всходы, до этого времени рассаду оставляют в покое. В фазе 2 листочков защитное укрытие снимают, а ростки хорошо увлажняют. После появления третьего настоящего листочка рассаду пикируют в отдельную ёмкость, в такой же по составу субстрат, что используется для посадки черенков.

После того как пикированная рассада укореняется и подрастает, её прищипывают. Удалению подлежат все верхушечные почки, благодаря чему молодая колерия даёт боковой рост. Далее растения пересаживают в постоянный горшок.

Видео: Неприхотливая комнатная колерия

Трудности при выращивании

Во время выращивания этого цветка садовод может столкнуться с целым комплексом всевозможных трудностей. Наиболее распространёнными среди них считаются:

  1. Коричневая пятнистость — является следствием полива цветка холодной водой. Патология проходит естественным путём, если растение поливать подогретой водой.
  2. Бледность листвы — следствие неправильной подкормки и попадания прямых солнечных лучей на листву. В таком случае с болезнью борются регулированием условий содержания цветка.
  3. Скручивание листвы — говорит о недостатке влаги в почве, патология устраняется самостоятельно, если цветку обеспечить правильный водный режим.
  4. Бледный налёт и гнилостные поражения зелёной массы — первый признак инфекционных заболеваний (мучнистая роса, серая гниль и т. д.) Устраняют их при помощи обработки колерии комплексными фунгицидами. Наиболее популярными среди них считаются растворы Фитоспорина, Оксихома, Цинеба, Тирама. Разводят их согласно инструкции производителя и используют для опрыскивания зелёной массы. Зачастую для устранения инфекции требуется не более 5 процедур (1 раз в сутки).
  5. Увядание, скручивание листвы — свидетельствует о развитии на колерии сосущих паразитов (белокрылки, щитовки, трипсы, мучнистые черви, клещи). Борются с вредителями при помощи обработки растений мыльным раствором (10 г мыла/1 л воды), 1 раз в сутки на протяжении 3–5 дней, либо обработкой комплексными инсектицидами. Самыми эффективными считаются препараты Паратионом, Актеллик, Фитоверм, Карбофос, Интавиром, используют их согласно рекомендациям на упаковке.
Колерия — это одно из наиболее экзотических комнатных растений. Этот вид достаточно требователен к условиям содержания, но при соблюдении всех правил выращивания, растение порадует обильным и долгим цветением.

Отзывы

После цветения где-то в октябре, обрезаю стебель полностью до земли. Можно убрать, как глоксинию на хранение. А можно и на окне оставить. Когда прорастают чешуйчатые корневища даю побегам подрасти, а потом срезаю и укореняю. Такие растения получаются более красивыми и компактными. Остальное, что остается в горшке выбрасываю. За весну и лето укорененные растения наращивают новые чешуйчатые корневища. Таким образом растения все время обновляются. Для страховки можно укоренить срезанные осенью черенки.

Perl

http://frauflora.ru/posting.php?mode=quote&f=223&p=16549&sid=f9d6500a34d7694aadfa2112d85c681a

Колерия уход в домашних условиях. фото, размножение, выращивание, описание

1.Семь секретов успеха:

 1. Температура выращивания: лето — 18 — 20° С, зима — если растение сбросило листву, то ему требуется прохладный период покоя при температуре 7 — 13° С. В период вегетации по возможности стоит устроить суточные колебания температуры.
 2. Освещение: растение достаточно светолюбиво, но лучше его оградить от попадания прямых солнечных лучей.
 3. Полив и влажность воздуха: подсушивайте субстрат между поливами на 1 — 2 сантиметра в глубину между поливами в период вегетации, зимой частоту поливов сократите в соответствии с температурой в помещении. Влажность воздуха довольно высокая.
 4. Обрезка: формирующая обрезка для создания пышной кроны, санитарная для удаления старых и слабых побегов. Своевременно необходимо обрывать увядшие бутоны.
 5. Грунт: для выращивания колерии подойдет отлично дренированный, с большим содержанием органики и легко пропускающий влагу и позволяющий корневой системе дышать.
 6. Подкормка: подкармливают колерию минеральными удобрениями для цветущих растений весной и летом каждые 2 недели. Осенью подкормки сокращают, зимой не проводят совсем.
 7. Размножение: стеблевыми или верхушечными черенками, реже — семенами, делением при весенней пересадке.

   Ботаническое название: Kohleria, Isoloma.

Цветок колерия — семейство. Геснериевые.

Происхождение. Южная Америка.

 

Описание. Изолома или колерия — привлекательное цветущее, многолетнее, травянистое, комнатное растение с длинными поникающими стеблями. Листья продолговато-ланцетные, иногда имеют красивое бархатистое опушение, мягкие, расположены супротивно. Листовые пластинки с мелкими зубчиками по краю. Цветки подвешенные, одиночные или в небольших соцветиях по нескольку штук, с длинной цветочной трубочкой, и 5 опушенными лепестками, красно-оранжевые, лососевые, розовые, желтые иногда двухцветные, длиной до 5 см. С внутренней стороны лепестки имеют разнообразные пятна и отметины светлого или более темного цвета.

Высота. Стебли колерии вырастают до 90 см. длины.

2.Уход за колерией в домашних условиях

2.1.Выращивание, формирование 

Некоторые виды колерии могут сбросить листья в осенний период, в этом случае растениям необходимо предоставить период покоя при температуре 7 — 13° С. 

↑ Наверх, в меню ↑ 

2.2.Размножение цветка 

Делением взрослых растений при пересадке. Семенами, которые высевают весной по поверхности грунта. При этом необходимо посевы поливать через поддон, а для поддержания влажности их стоит прикрыть прозрачным пластиковым колпаком или стеклом. Верхушечные черенки длиной около 10 см. укореняют во влажной смеси торфа и песка в течение 1 — 1,5 месяцев.

2.3.Когда цветет 

Период цветения продолжительный. Наиболее обильно растение цветет летом, однако может цвести весь год. 

↑ Наверх, в меню ↑ 

 

2.4.Грунт для колерии 

Рыхлый питательный грунт с хорошим дренажом. Подойдет смесь садовой почвы с листовым перегноем, торфом, с добавлением небольшого количества крупного речного песка и измельченного древесного угля.

2.5.Болезни и вредители 

Листья увядают без видимых причин при переувлажнении – когда возникает корневая гниль. Края листьев коричневеют и становятся сухими при недостаточной влажности воздуха.  

Растение подвержено атакам паутинных клещиков, мучнистых червецов, тли, белокрылка, цикламеновый клещик, трипсы, щитовка.

Насекомые — вредители

Название насекомого Признаки заражения Меры борьбы
Белокрылка Маленькие светлые точки на листовых пластинках, пожелтение и опадание листвы. Потревоженные белые, мелкие бабочки взлетают с поверхности листьев Химические препараты: Зета, Ровикурт, ИНТА-ВИР, Фуфанол и даже Карбофос, Актеллик, Актара, Конфидор, Командор, Танрек. Народные средства: мыльный раствор, чесночный раствор, настой тысячелистника и табака, настой одуванчиков, клейкие ловушки для взрослых насекомых
Мучнистый червец или войлочник Поверхность листьев и побегов покрывается пушисты ватообразным белым налетом. Растения отстают в развитии Народные средства: опрыскивание мыльно — спиртовым раствором. Хорошо проявили себя настой табака, чеснока, клубней цикламена, спиртовые обработки, аптечная настойка календулы. Химические средства: раствор зеленого мыла, Актеллик, Фитоверм.
Паутинный клещ  Малозаметная паутина на листьях, пожелтение и опадание листвы при обширном поражении. Поверхность листовых пластин становится мертвой и покрывается небольшими трещинками. Развитие растений замедляется. Народные способы. Растения можно промыть под душем и оставить в ванной комнате во влажной атмосфере на полчаса. Облучение ультрафиолетовой лампой каждую неделю в течение 2 минут. Химические препараты на основе пиретрума, серные порошки, Фитоверм, Актеллик.
Тля  На листовых пластинах появляются клейкие капельки, листовые пластинки сворачиваются и деформируются, нежные бутоны и молодые листочки чахнут. На верхушках побегов, бутонах или нижней стороне листовых пластин можно заметить колонии насекомых. Цветки пораженных тлей растения могут стать деформированными. Народные способы: настой крапивы, отвар листьев ревеня, полыни, мыльный раствор, настой табака и одуванчика, лука, бархатцев, тысячелистника, пижмы, опудривание девесной золой. Химические препараты: Серные порошки, обработка зеленым калийным мылом зеленой массы без попадания в грунт, Децис, Актеллик, Фитоверм.
Щитовка и ложнощитовка  Клейкие капельки  на листьях, желтые небольшие пятна на поверхности листовых пластин. При большом распространении щитовки способствуют высыханию и опаданию листьев. Цветы замедляют свое развитие Народные методы борьбы. Опрыскивание мыльно — спиртовым раствором. Личинки щитовки не любят настоя чеснока, также используют средства на основе пиретрума. Химические препараты. Фитоверм, Актеллик, Фуфанон.
Цикламеновый клещ  Появление на листьях растений мелких белых точек, которые по мере поражения расходятся в желтовато — коричневые пятна. Листовые пластинки в местах поражения сохнут. Растения замедляют свое развитие, молодые побеги и листья сворачиваются, бутоны вянут. Народные способы. Удаление и уничтожение зараженных частей растений. Химические препараты. Актофит, Фитоверм, Акарин, Агравертин.
  • Мучнистый червец

  • Паутинный клещ

  • Цикламеновый клещ

2.6.Пересадка колерии 

Весной, когда растение переросло свой горшок. 

↑ Наверх, в меню ↑ 

2.7.Освещение

Хорошо освещенное местоположение без прямых солнечных лучей.

2.8.Подкормка 

Весной и летом, в период вегетации подкармливают 2 раза в месяц. Растения, которые содержат при комнатной температуре круглый год можно подкармливать осенью и зимой. 

2.9.Температура содержания

Изолому содержат весь год при комнатной температуре 18 — 20° С. Желательно предоставить небольшой перепад дневных и ночных температур. 

2.10.Опрыскивание

Для колерии влажность воздуха должна составлять около 70 — 80 процентов относительной. Поместите горшок с растением на поддон с влажной галькой, используйте комнатный увлажнитель или опрыскивайте мягкой водой комнатной температуры. Растение не выносит сквозняков. 

↑ Наверх, в меню ↑ 

2.11.Полив колерии 

В теплое время года желательно поддерживать грунт равномерно влажным – не допуская ни пересушивания ни заболоченности. В зимнее время частоту поливов немного сокращают. Растения, которым предоставлен период покоя, поливают так, чтобы только не пересох земляной ком. Для поливов используют только теплую воду. 

2.12.Назначение

Привлекательно нежное красиво цветущее растение.

Примечание.

Гидропоника.

3.Разновидности:

3.1.Колерия пушистоцветная или волосистоцветковая — Kohleria eriantha

Нежное травянистое многолетнее растение высотой до 50 см. с толстыми, сочными, разветвленными, прямостоячими побегами. Листья зеленые или сине — зеленые, расположены супротивными парами. Листовые пластинки с мелкозубчатым краем и небольшим опушением на поверхности. Цветки трубчатые, продолговатые, алые или оранжевые с 5 сросшимися, округлыми, опушенными лепестками.  

↑ Наверх, в меню ↑ 

3.2.Колерия Линдена — Kohleria lindeniana

Многолетнее травянистое растение, которое можно смело отнести как к декоративнолиственным, так и к цветущим. Кустики высотой до 50 см. с прямостоячими, толстыми, опушенными стеблями. Листья продолговато — ланцетные, обильно опушенные, темно — зеленые или коричневатые. Основной особенностью растения являются более светлые полоски вдоль листовых прожилок — голубоватые или светло — зеленые. Цветки воронковидные — сиреневые или розоватые, с округлыми сросшимися лепестками на высоких, тонких, слегка изогнутых цветоносах. 

↑ Наверх, в меню ↑ 

3.3.Колерия боготская — Kohleria bogotensis

Нежный травянистый многолетник высотой до 60 см. с мягкими, опушенными, ланцетными листьями длиной до 10 см., расположенными супротивными парами. Края листовых пластин с мелкими зубчиками. Стебли вертикальные, сочные, разветвленные. Цветки длинные, трубчатые, красные, длиной до 5 см. Внутренняя поверхность нижних лепестков окрашена в желтый оттенок с небольшими красными крапинками. 

↑ Наверх, в меню ↑ 

 Возможно, Вас также заинтересуют:

Колерия | Растим растения!

Колерия — многолетнее травянистое растение. Выращивать его довольно просто, но к числу распространённых у любителей цветов оно почему-то не относится. Несмотря на то, что красиво цветёт и период цветения колерии долгий.

Колерия — ампельное растение с бархатистыми зелёными листьями продолговатой формы с зубчатыми краями и бархатистыми также  цветками в виде ассиметричных вытянутых колокольчиков. Чаще всего у цветоводов встречаются экземпляры с цветками красного цвета, однако цветки колерии бывают розовыми, оранжевыми и даже тёмно-бордовыми. Цветки появляются на вершине стебля в пазшных цветоносах верхних листьев. Растение имеет корневище, которое удобно использовать для размножения.

Колерия имеет период покоя с октября по март. В этот период у неё прекращается цветение, а иногда может и отмирать надземная часть. Однако, происходит это не всегда. При условии хорошей освещённости и в тепле растение может цвести круглый год.

Температура

Колерия предпочитает умеренную температуру. Летом 20-25 градусов C. Если растение прекращает цветение, т.е. вступает в период покоя, температуру лучше снизить до 15 — 17 градусов C. При выборе места для колерии надо учитывать, что она не любит сквозняков.

Освещение

Колерия — светолюбивое растение. Ей требуется хорошо освещённое место, но летом там не должно быть жарко и на неё не должны попадать прямые солнечные лучи. В период покоя, если колерия не сбросила листья, ей также надо обеспечить хорошее освещение.

Полив

В период роста и цветения, т.е. с весны до осени, поливать колерию нужно умеренно. Нельзя допускать переувлажнения грунта, но и пересыхание также нежелательно. Зимой полив необходимо ещё сильнее сократить. Если на зиму надземная часть растения отмерла, почву с корневищем надо также периодически слегка увлажнять, чтобы корневище не пересохло

Влажность воздуха

Колерия может расти при сухом воздухе, но больше любит влажный микроклимат. Однако её бархатистые листья не выносят попадания на них капель воды. Поэтому для создания высокой влажности необходимо опрыскивать не само растение, а воздух вокруг него, а также ставить контейнер с колерией в поддон с влажным мхом или керамзитом. Для полива и опрыскивания лучше использовать мягкую тёплую воду.

Размножение

Размножать колерию можно разными способами, делением корневища, верхушечными черенками, семенами. Наиболее простые — деление корневища и укоренение черенков. Размножение без проблем проходит в любое время года, но быстрее и активнее — весной. Срезанные черенки помещают в воду и после укоренения сажают в неглубокие горшочки. Отразанные части корневища осторожно помещают в землю на глубину около 2 см и поливают, не допуская пересыхания грунта.

Пересадка

Для пересадки используют широкие и неглубокие ёмкости. Обязательно нужно обеспечить дренаж. Пересадку рекомендуется производить ежегдно, колерия за год сильно разрастается.

Удобрение

Удобряют колерию в период активного цветения, с апреля по август специальными удобрениями для цветущих растений. Подкормку производят раз в неделю. В период покоя удобрять растение не требуется.

Болезни и вредители

Колерия — растение неприхотливое, вредителями поражается рекдко. Однако, на листьях и побегах может появляться тля и паутинный клещик, при этом лисья и побеги начинают сохнуть и деформироваться. При избыточной влажности почвы может появляться гниль.

Также следует помнить, что колерия — нежное растение, при механическом задевании листьев и при попадании на них воды, на них появляются пятна, листья начинают сохнуть и опадать, внешний вид растения при этом портится.

Пространственная динамика и базовое воспроизводственное число эпидемии холеры 1991–1997 гг. В Перу

Abstract

После более чем 100-летнего отсутствия холеры в Перу произошла беспрецедентная эпидемия Vibrio cholerae O1, которая началась в 1991 году и вызвала множество волн заболеваний в течение нескольких лет. Мы разработали механистическую модель передачи, которая учитывает сезонные колебания температуры, чтобы оценить пространственную изменчивость основного числа воспроизводств (), начальной концентрации вибрионов в окружающей среде и частоты сообщений о холере.В 1991–1997 годах холера распространялась многоволновым образом, при этом недельная заболеваемость приходилась на теплые сезоны. Эпидемия сначала поразила прибрежные департаменты Перу, а затем распространилась по высокогорным районам и джунглям. Корреляция между предсказаниями модели и наблюдениями была высокой (диапазон в R 2 : от 58% до 97%). Размер и высота населения на уровне отделов объясняют значительные различия в пространственно-временных моделях передачи. Общая сумма R 0 по отделам была оценена в 2.1 (95% ДИ: 0,8,7,3), достаточно высокий для устойчивой передачи. Уровень географического региона существенно варьировался от 2,4 (95% ДИ: 1,1, 7,3) для прибрежного региона, 1,9 (0,7, 6,4) для региона джунглей и 1,5 (0,9, 2,2) для региона высокогорья. На уровне отделов среднее значение варьировалось от 0,8 до 6,9. Уровень отдела коррелировал с общей наблюдаемой частотой атак (Спирмен ρ = 0,59, P = 0,002), возвышением ( ρ = −0,4, P = 0,04) и долготой ( ρ = −0). .6, P = 0,004). Мы обнаружили, что оба и начальная концентрация вибрионов была выше в прибрежных департаментах, чем в других департаментах. Показатели регистрации были низкими, что соответствовало значительной части бессимптомных или легких случаев, связанных с биотипом холеры Эль-Тор. Наши результаты показывают, что холерные вибрионы, автохтонные по отношению к планктону в естественной водной среде, могли вызвать вспышки в нескольких прибрежных районах вдоль тихоокеанского побережья Перу. Наша методология может быть полезна для исследования многоволновых эпидемий холеры и может быть расширена для составления прогнозов в режиме, близком к реальному времени, и исследования воздействия стратегий вакцинации.

Информация об авторе

После более чем 100-летнего отсутствия холеры и отсутствия эффективной вакцины против этой болезни Перу в 1991–1997 годах пережило одну из самых сильных многоволновых эпидемий в истории Южной Америки. Здесь мы применили статистическое и математическое моделирование к еженедельному набору пространственно-временных данных о случаях холеры, чтобы исследовать закономерности передачи и вариации в основном числе воспроизводств. Наши результаты показывают, что эпидемия сначала поразила прибрежные районы Перу, а затем распространилась по высокогорным районам и джунглям.В теплые сезоны концентрировались 3–4 последовательных четко выраженных волны. Потенциал передачи холеры и исходная концентрация вибрионов в прибрежных департаментах были выше, чем в других департаментах. Более того, оценки частоты сообщений были низкими, что соответствовало значительной доле бессимптомных или легких случаев, связанных с биотипом холеры Эль-Тор. Наши результаты показывают, что холерные вибрионы, автохтонные по отношению к планктону в естественной водной среде, могли присутствовать во многих прибрежных районах, что, возможно, привело к множественным заносам болезней вдоль тихоокеанского побережья Перу.

Образец цитирования: Смирнова А., Стерретт Н., Мухика О.Дж., Мунайко С., Суарес Л., Вибуд С. и др. (2020) Пространственная динамика и базовое воспроизводственное число эпидемии холеры 1991–1997 гг. В Перу. PLoS Negl Trop Dis 14 (7): e0008045. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045

Редактор: Бенджамин Альтхаус, Институт моделирования заболеваний, США

Поступила: 16.07.2019; Принята к печати: 9 января 2020 г .; Опубликован: 14 июля 2020 г.

Это статья в открытом доступе, свободная от всех авторских прав, и ее можно свободно воспроизводить, распространять, передавать, изменять, строить или иным образом использовать в любых законных целях.Работа сделана доступной по лицензии Creative Commons CC0 как общественное достояние.

Доступность данных: Все данные общедоступны в следующем репозитории figshare: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.10005170.v1.

Финансирование: AS поддерживается грантом NSF 1818886, DMS Computational Mathematics. OM поддерживается за счет внутреннего финансирования Панамериканской организации здравоохранения (PAHO), а CV поддерживается за счет внутреннего финансирования Международного центра Фогарти, NIH.GC поддерживается грантом NSF 1414374 в рамках совместной программы NSF-NIH-USDA «Экология и эволюция инфекционных заболеваний». Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

В основном передается через зараженную пищу или воду, Vibrio cholerae продолжает вызывать вспышки острых желудочно-кишечных заболеваний, особенно в странах с низкими доходами и плохой санитарной инфраструктурой; в настоящее время влияет на 1.От 3 до 4 миллионов человек ежегодно во всем мире [1]. Экологические исследования показывают, что теплые солоноватоводные воды являются идеальным резервуаром для V. cholerae , где они могут прикрепляться к водным организмам, таким как моллюски и зоопланктон [2, 3]. Бактерия процветает в теплых водоемах, что увеличивает риск эпидемии холеры среди уязвимых групп населения [4]. Хотя наше понимание эпидемиологических и клинических характеристик этого патогена значительно улучшилось [3], количественный анализ основных исторических эпидемий в иммунологически наивных популяциях необходим для выяснения движущих сил передачи.

Исторически эпидемии холеры были связаны с одним из двух биотипов, каждый из которых принадлежит к V. cholerae серогруппы О1 [4]. Вплоть до 1960 г. эпидемия холеры была вызвана в первую очередь классическим биотипом O1, но впоследствии он был заменен V. cholerae El Tor, что ознаменовало начало седьмой пандемии холеры в 1961 г. [4]. Заражение биотипом Эль-Тор связано с частой легкой или бессимптомной инфекцией и способностью выживать как в организме человека-хозяина, так и в окружающей среде — известный эволюционный компромисс [5].Несколько исследований «случай-контроль» показали, что в бессимптомной контрольной группе наблюдается сероконверсия от 29% до 34%, что означает, что болезнь распространяется эффективно, но редко вызывает значительные симптомы [6, 7]. Однако быстрое начало водянистой диареи, рвоты, спазмов и последующего обезвоживания наблюдается примерно у одного из 10-50 инфицированных людей [4]. Если его не лечить, это может привести к шоку, почечной недостаточности и, в конечном итоге, к смерти [4]. Внутривенное введение жидкости и пероральная регидратация, наряду с надлежащим использованием антибиотиков, могут снизить летальность до менее одного процента [4].

V. cholerae Эль-Тор был впервые изолирован от умерших паломников, возвращавшихся из Ла-Мека на контрольной станции Эль-Тор, Египет, в 1905 году. Продолжающаяся седьмая пандемия холеры возникла в Бенгальском заливе, охватив как минимум три отдельные волны заражения штаммом Эль Тор [8]. Пандемия возникла в Индонезии в 1961 году [9], оттуда распространилась через Индию (1964) [10], Африку (1970) [11], Южную Европу (1970) [12] и Южную Америку (1991) [13], вернувшись в Америку более чем через 100 лет [14].Ввиду отсутствия эффективной вакцины против холеры в начале 1990-х годов [15] Перу пережила одну из самых сильных многолетних эпидемий в истории Южной Америки [16, 17, 18]. С конца января 1991 г. по декабрь 1993 г. эпидемия вызвала около миллиона случаев заболевания и почти 9000 смертей [19]. Хотя изначально предполагалось, что китайское судно завезло болезнь через инфицированного члена экипажа [20], более вероятно, что возбудитель болезни уже широко распространился в местной окружающей среде, предполагая наличие источника из окружающей среды / воды [21].

Ограниченную картину воздействия эпидемии в Перу можно составить из в значительной степени описательных местных отчетов об эпидемии и нескольких исследований «случай-контроль» [16, 15, 22, 23, 6, 7]. Например, первые случаи холеры в Перу были зарегистрированы на центральном побережье в конце января 1991 г. [24], а последующие случаи были зарегистрированы почти одновременно в прибрежных городах севернее [25]. Затем холера быстро распространилась на остальную часть страны [13], была широко распространена в морских и речных водах, а также в городских сточных водах и морепродуктах [26] и продолжала вызывать вспышки в течение еще нескольких лет [16].Было подсчитано, что в 1991 г. от 3 до 11 миллионов человек были инфицированы, 2,4 миллиона человек заболели холерной диареей, 322 562 человека обратились за помощью и 2 909 перуанцев умерли [27]. Количественный анализ пространственно-временного распространения разрушительной эпидемии холеры в Перу полезен для выяснения движущих сил передачи инфекции в иммунологически наивном населении в то время, когда эффективная вакцина недоступна.

Математическое моделирование помогло количественно оценить скорость передачи и число воспроизводств эпидемий холеры в различных местах, что может дать информацию о мерах борьбы [28, 29, 30, 31, 32].Однако существует нехватка оценок базовой численности воспроизводства () в по существу наивных популяциях, и эпидемия холеры в Перу в 1991–1997 годах представляет собой интересный пример исследования [16, 17]. В этой статье мы объединяем динамическое моделирование на основе обыкновенных дифференциальных уравнений и методов статистической оценки вместе с набором данных о еженедельных случаях холеры в департаментах Перу, чтобы получить оценки пространственно-временных вариаций основного числа воспроизводств в трех пространственных масштабах (т.е., национальный, региональный и ведомственный) и оценить характер распространения по отношению к экологическим и социально-демографическим переменным.

Настройка

Перу находится на побережье Тихого океана, граничит с Боливией, Бразилией, Чили, Колумбией и Эквадором. В 1990 году население Перу превышало 22 миллиона человек и было неоднородно распределено по площади 1 285 220 км 2 , включая 25 административных единиц (24 департамента и 1 конституционная провинция, далее именуемые 25 департаментами; S1 Рис).Перу характеризуется тремя географическими зонами с разнообразным климатом: засушливым пустынным западным побережьем вдоль Тихого океана, умеренным высокогорьем Анд или более центральными департаментами и тропическими джунглями Амазонки на востоке. В такой стране, как Перу, мы ожидаем вариабельности динамики холеры в разных географических регионах, поскольку известно, что температура влияет на передачу [2].

Во время эпидемии Перу испытывало трудности с доступом к здравоохранению, санитарии окружающей среды, а также с политическими и экономическими проблемами [15], что затрудняло осуществление контрольных вмешательств, необходимых для смягчения последствий крупной эпидемии [20].Неадекватная очистка воды и недостатки в системах хранения воды также были задокументированы по всей стране [15, 33]. Кроме того, в период с 1987 по 1990 год экономика Перу резко упала: валовой внутренний продукт упал на 23%, доход на душу населения и покупательная способность упали на одну треть, а государственные расходы сократились на 52% в здравоохранении и 28% в образовании. [34]. Учитывая огромные масштабы эпидемии, инфраструктура здравоохранения была переполнена большим количеством пациентов, поступающих в клиники и больницы [35].

Материалы и методы

Эпидемиологические данные

Главное управление эпидемиологии Перу запустило систему эпидемиологического надзора вместе с Перуанской программой обучения полевой эпидемиологии в 1989 году, незадолго до того, как в Перу обрушилась эпидемия холеры [36, 37, 38, 39]. Эта система эпиднадзора генерирует еженедельные отчеты по эпиднадзору в 25 департаментах, полагаясь на сеть из более чем 6000 территориально распределенных медицинских пунктов, сообщающих о случаях заболевания [40]. Во время эпидемии холеры 1991-1997 гг. Эпидемиологический надзор включал как подтвержденные, так и предполагаемые случаи заболевания.Под подозреваемым случаем понимался любой пациент старше пяти лет с острой водянистой диареей [41, 42], определение случая, которое оставалось неизменным во время эпидемии. Подтвержденные случаи были подтверждены лабораторно с Vibrio cholerae 01 Эль Тор Инаба [43, 41]. Временные ряды еженедельных заболеваемости по отделам доступны в общедоступном хранилище [44].

Экологические и географические данные

Еженедельные временные ряды температур были получены из архива атмосферного реанализа ERA-Interim Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды за период с 1991 по 1997 год.Модель ERA-Interim позволяет оценивать суточные минимальные, средние и максимальные температуры по отделениям [45], которые мы использовали для оценки взаимосвязи между заболеваемостью и температурой на уровне отделений. Мы также собрали несколько географических переменных, включая высоту, уровень неграмотности, размер населения, широту и долготу, которые были использованы в пространственно-временном анализе [46] (S2 Рис). Эти наборы данных доступны в Интернете [44].

Базовый номер репродукции ()

Базовое репродуктивное число () является ключевым эпидемиологическим показателем для оценки потенциала передачи вспышек инфекционных заболеваний [47].обычно определяется как среднее количество вторичных случаев, вызванных первичным случаем в полностью восприимчивой популяции [47]. В общем, если ожидается эпидемия, а передача болезни не может быть устойчивой, если. В контексте передачи инфекционного заболевания, который частично обусловлен компонентом окружающей среды (например, температурой), фактическое значение зависит от времени. Таким образом, мы обозначаем как зависящее от времени базовое число воспроизводства при отсутствии подверженного истощению. В нашем исследовании мы определяем среднее значение как среднее значение за период нашего исследования.Мы сравниваем средние оценки в трех различных пространственных масштабах: национальном, региональном (например, прибрежный, джунгли, высокогорье) и департаменте.

Математическая модель динамики передачи холеры

Мы оценили среднее значение на уровне отдела, используя механистическую модель передачи холеры вместе с новым подходом к оценке параметров. Мы адаптировали компартментную динамическую модель, которая ранее использовалась для оценки потенциала передачи эпидемий холеры [28, 29, 30, 48, 49].Наша модель холеры, состоящая из 4 уравнений (уравнения (0.1) — (0.4)) и 8 параметров, учитывает влияние локальных колебаний температуры на скорость передачи инфекции в окружающей среде (Таблица 1). Помимо восприимчивого ( S ), инфекционного ( I ) и удаленного ( R ) отсеков, эта модель включает отсек ( B ), который моделирует концентрацию вибрионов в окружающей среде (например, в водопроводе). ). Таким образом, модель учитывает два пути передачи: 1) воздействие холеры из загрязненной окружающей среды / водоснабжения и 2) передача от человека к человеку при тесном контакте с инфекционными людьми.

В этой модели люди в популяции размером N рождаются и умирают со скоростью μ . Восприимчивые люди могут быть инфицированы через окружающую среду с зависящей от времени скоростью передачи β e ( t ) или через человеческий контакт со скоростью передачи β h . Следовательно, они переходят от восприимчивых к инфекционным классам со скоростью β e ( t ) B / ( B + κ ) (где κ — 50% инфекционная доза в environment и B — текущая концентрация вибрионов в окружающей среде) [28] и β h I .Вибрионы распространяются инфекционными людьми в окружающую среду со скоростью λ, а затем умирают со скоростью δ . Предполагается, что инфицированные люди выздоравливают и приобретают защитный иммунитет на весь период эпидемии со скоростью γ [50]. Общая динамика передачи может быть математически описана следующей системой нелинейных дифференциальных уравнений: (0,1) (0,2) (0,3) (0,4) с начальными условиями (0,5) где N — численность населения данного отдела в Перу, C 1 — количество случаев, наблюдаемых в первую неделю в каждом отделе, деленное на частоту отчетности, а B 1 — начальное концентрация вибрионов в окружающей среде.Мы предполагаем, что отчетные данные, D , доступны для еженедельных случаев заболеваемости при неизвестной частоте отчетов, ψ . В нашей модели недельное изменение температуры, T ( t ), напрямую влияет на скорость передачи холеры из окружающей среды. Чтобы отразить это, β e ( t ) далее разбивается на две составляющие: β e ( t ) = β e 1 + β e 2 T ( t ), где T ( t ) представляет собой среднюю температуру в момент времени t для соответствующего отдела.Согласно (0,1) — (0,5) кумулятивное количество случаев заболевания людей, C ( t ), удовлетворяет следующему дифференциальному уравнению: (0,6) Подбирая к зарегистрированным данным о заболеваемости, D ( t ), мы оцениваем пять параметров системы: β h , β e 1 , β e 2 (три коэффициента передачи), B 1 (начальная концентрация вибрионов в окружающей среде) и ψ (частота отчетов).Частота сообщений, ψ , представляет собой масштабный коэффициент, используемый для корректировки возможного занижения сведений о случаях, например, из-за большой доли бессимптомных случаев холеры [14]. Таблица 1 включает все параметры модели и их определения, а также значения, выбранные для предварительно оцененных параметров.

Для этой компартментальной модели зависящее от времени базовое репродуктивное число () дается как [28]: (0,7)

Эффективное число воспроизводств в календарное время t учитывает истощение восприимчивых особей и определяется как: (0.8) где s * ( t ) — доля восприимчивых особей в популяции на момент времени t . В следующем разделе мы опишем алгоритм стабильной оценки неизвестных параметров заболевания, β h , β e 1 , β e 2 , B 1 и ψ для каждого отдела. В отличие от большинства ранее используемых схем обращения, этот подход не полагается на численное решение нелинейной системы (0.1) — (0.5) на каждом шаге итерационного процесса [52]. Вместо этого он эффективно сочетает аналитические и численные инструменты оптимизации, чтобы уменьшить вычислительную сложность и результирующее распространение шума в восстановленных значениях параметров.

Идентифицируемость параметра

Предыдущие исследования подчеркнули проблемы идентифицируемости параметров, связанные с моделями передачи инфекционных заболеваний, основанными на обыкновенно-дифференциальных уравнениях [53, 54, 55]. Отсутствие идентифицируемости или неидентифицируемость, что очевидно, когда оценки параметров связаны с большими неопределенностями, может быть отнесено на счет структуры модели (структурная идентифицируемость) или из-за отсутствия информации в данном наборе данных, которая может быть связана с количество наблюдений и пространственная детализация данных [53].Поскольку временные ряды зарегистрированных инцидентов являются результатом совокупности субэпидемий, связанных с несколькими типами воздействия [56], они могут вызвать неразличимые эпидемические волны. В контексте динамики передачи холеры трудно разделить влияние различных путей передачи (например, воздействие окружающей среды и случаи передачи от человека к человеку) [54]. Хотя сложно оценить коэффициенты передачи ( β h , β e 1 , β e 2 ), мы показываем, что получить композитный оценки, что согласуется с предыдущими исследованиями [53, 54].Мы сообщаем оценки для трех ключевых параметров и связанных с ними неопределенностей на уровне отделов: 1), 2) начальная концентрация вибрионов в окружающей среде и 3) уровень отчетности.

Предварительные математические задания и алгоритм оптимизации

В этом подразделе мы представляем наш новый проблемно-ориентированный метод оценки параметров, который в полной мере использует имеющиеся данные о частоте встречаемости при построении карты «параметр-данные» для задачи наименьших квадратов (LSP).Несмотря на то, что LSP все еще необходимо решать с помощью регуляризованного алгоритма нелинейной оптимизации доверительной области, этот алгоритм больше не сочетается с численным решением нелинейной системы дифференциальных уравнений на каждом этапе итерационного процесса, что отличается от стандартных методов оценки. . В результате общая ошибка вычислений и распространение шума в оцениваемых параметрах значительно уменьшаются, что обеспечивает точность и стабильность схемы инверсии. Более того, наше эффективное использование данных о заболеваемости при аналитическом решении системы ODE (0.1) — (0.5) и последующая дискретизация его решения позволяет сформировать карту данных, которая, несмотря на свою нелинейность в ψ и B 1 , оказывается линейной во всех трех передачах. параметры, β h , β e 1 и β e 2 , что еще больше снижает вычислительную сложность предлагаемого метода.

Действительно, заменив силу заражения, в первых двух уравнениях компартментальной модели (0.1) — (0.5) получаются линейные неоднородные обыкновенные дифференциальные уравнения (ОДУ) для S ( t ) и I ( t ) соответственно: (0,9) (0,10) Принимая во внимание начальные условия (0.5), приходим к следующим аналитическим решениям (0.9) и (0.10) соответственно: (0,11) (0,12) Чтобы вывести уравнение для B ( t ) через C ′ ( t ), сначала можно записать B ( t ) как (0,13) Подставляя (0.12) для I ( с ) в (0,13) и интегрируя по частям для исключения внутреннего интеграла, приходим к следующему тождеству: (0,14) Следующим шагом в нашем алгоритме является получение дискретных аналогов S ( t ), I ( t ) и B ( t ) в точках сетки t 1 , т 2 ,…, т м , где т i = i — 1, i = 1, 2,…, м и t 1 = 0 — первая неделя вспышки.Напомним, что должно соответствовать заявленным данным о заболеваемости, D ( t ). Учитывая это, мы заменяем C 1 на D 1 / ψ и C ′ ( s ) на D ( s ) / ψ под каждым интегралом в ( 0.11), (0.12) и (0.14). Учитывая дискретные данные, D = [ D 1 , D 2 ,…, D м ] , сообщается еженедельно, мы интерполируем D следующим образом: (0.15) Из (0,15) следует, что S 1 = N D 1 / ψ и для i = 2, 3,…, м , (0,16) Оценивая интегралы аналитически и заменяя i — 1 на t i , получаем (0,17) i = 2, 3,…, м . Точно так же тождества (0,12) и (0,14) дают (0,18) а также (0,19) i = 2, 3,…, м . Это означает, что оценка неизвестных параметров, β h , β e 1 , β e 2 , B 1 , ψ , can теперь можно представить как следующую нелинейную задачу наименьших квадратов: (0.20) (0,21) где D = [ D 1 , D 2 ,…, D м ] и T = [ T 1 , T 2 ,…, T m ] представляют собой отчетные наборы данных для инцидентов и средних еженедельных колебаний температуры, соответственно, а также выражения для S i [ ψ ] , I i [ ψ ] и B i [ ψ , B 1 ] задаются формулами (0.17), (0,18) и (0,19).

После того, как пять неизвестных параметров были восстановлены из соответствующих наборов эпидемических данных с использованием предложенного нами алгоритма оптимизации, с помощью параметрического бутстрапа генерируются 500 дополнительных кривых заболеваемости [57] для количественной оценки неопределенности в оцененных параметрах и получения 95% доверительных интервалов (S1 Стол). Код Matlab доступен по запросу у авторов.

Пространственный анализ

Мы использовали ро Спирмена ( ) и множественную линейную регрессию для оценки взаимосвязи между предикторами на уровне отделов, совокупной заболеваемостью, неделей начала эпидемии, оценками основных показателей воспроизводства, частотой сообщений и начальными концентрациями вибрионов.Для каждого отделения начало эпидемии определялось как первая неделя с зарегистрированными случаями холеры. Кроме того, мы составили карты заболеваемости холерой по годам. Карты были созданы с использованием пакета choropleth в R.

.

Пространственная неоднородность (индекс Джини)

Мы также количественно оценили неоднородность в частоте атак, используя кривую Лоренца и индекс Джини [61, 62]. Кривая Лоренца представляет собой графическое отображение совокупной доли случаев холеры в совокупной доле населения.В предположении однородности распределения будут сбалансированы, и кривая Лоренца будет ложиться на диагональ. По мере увеличения неоднородности показателей атаки кривая будет отдаляться от этой контрольной линии. Индекс Джини — это суммарный показатель неоднородности, рассчитываемый как отношение площади между кривой Лоренца и контрольной линией к общей площади под контрольной линией. Индекс Джини варьируется от 0 до 1, причем большее значение указывает на большую пространственную неоднородность.

Результаты

О первых случаях холеры было сообщено Министерству здравоохранения Перу в конце января 1991 года. Инфекция распространилась так быстро, что к концу февраля прибрежные департаменты уже испытали на себе основную тяжесть эпидемии, хотя в последующие годы инфекция возобновится. (Рисунок 1). Как видно на рис. 2, эпидемия развивалась тремя пространственными волнами, сначала поражая побережье, а затем распространившись по высокогорью и джунглям. Большинство случаев произошло в течение первых трех лет эпидемии (S3 Рис).Более того, наши результаты показывают, что более крупные группы населения имели тенденцию к более раннему началу эпидемии (Спирмен ρ = -0,519, P <0,01), с последующим распространением эпидемии на менее густонаселенные районы (S4, рис.). Мы не наблюдали значимой взаимосвязи между повышением уровня и началом эпидемии ( ρ = 0,212, P = 0,309) (S4 Рис.), Хотя повышение действительно способствовало заболеваемости, вероятно, модулированной температурой (Рис. 3 и S5 Рис.). Мы также обнаружили, что стойкость холеры, оцениваемая как доля недель с сообщениями о холере, положительно коррелировала с размером популяции (Spearman ρ = 0.61, P = 0,001).

Рис. 1. Цветовая шкала еженедельных случаев заболевания холерой по отделениям.

Еженедельные наблюдения были преобразованы в квадратный корень, чтобы уменьшить изменчивость амплитуды временных рядов, в то время как пунктирные линии разделяют побережье, нагорье и районы джунглей. Эпидемия рано поразила прибрежные департаменты, при этом наибольшее количество заболевших было сосредоточено в этом регионе.

https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045.g001

Рис. 2. Заболеваемость холерой за неделю в Перу по регионам с января 1991 года по декабрь 1997 года.

Кривые представляют собой еженедельные национальные и региональные доли от общего числа случаев, зарегистрированных в 1991–1997 годах.

https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045.g002

Рис. 3. Временной ряд еженедельных случаев холеры (красная сплошная линия) и температуры (синие кривые; минимальная, средняя и максимальная температура) в 25 отделениях во время эпидемии холеры в Перу 1991–1997 годов.

https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045.g003

На протяжении 1991 г. в прибрежных департаментах было зарегистрировано гораздо больше случаев, чем в остальных регионах (рис. 1).Вариабельность наблюдаемой заболеваемости была связана с размером популяции ( ρ = 0,67, P <0,001), что иллюстрируется различиями в показателях заболеваемости в регионах (рис. 4a). Однако одни из самых высоких наблюдаемых показателей атак произошли в джунглях, а не в более густонаселенных прибрежных городах. Например, Лорето и Укаяли пострадали от 3% атак в 1991 году. Интересно, что эти департаменты также были одними из последних, кто пострадал от эпидемии (рис. 4b). Более того, уровень атак внутри регионов также сильно различается.Например, в 1991 году в Мокегуа уровень атак составлял менее 0,5%, а в Ла-Либертад - более 2,6%. Оба прибрежные департаменты. Дальнейший пространственный анализ показал, что показатель Морана I был слабым в течение эпидемии ( P > 0,08), что указывает на то, что заболеваемость холерой в одном отделении не сильно коррелировала с заболеваемостью в соседних отделах, вероятно, из-за быстрого распространения инфекции. холера по всей территории за несколько недель. Кроме того, по мере развития эпидемии мы наблюдали большую пространственную неоднородность: G = 0.16 за все семь лет эпидемии (1991–1997).

Рис. 4.

a) Уровень заболеваемости холерой на 100 000 в перуанских департаментах в 1991 году. Самый высокий уровень заболеваемости имел место в районе джунглей. Прибрежные департаменты также показали стабильно высокие показатели атаки. б) Карта с указанием недели начала эпидемии по отделениям. В более темных регионах заболевание проявилось позже, что было определено как первая неделя 1991 года с зарегистрированными случаями холеры. Карта была создана с использованием функции admin1_choropleth с использованием R.

https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045.g004

На протяжении всей эпидемии также наблюдалась четкая сезонная тенденция. Количество случаев увеличивалось в начале каждого эпидемического года, и эта закономерность сохранялась до 1995 года. Мы предположили, что эта сезонная тенденция является результатом факторов окружающей среды, и решили оценить, как колебания температуры могут способствовать заболеваемости холерой в каждом отделе. Средняя минимальная температура коррелировала со средней заболеваемостью за первые три года эпидемии, и корреляция была наиболее сильной в прибрежных департаментах (рис. 3).В высокогорном регионе положительные корреляции были слабее, а в отделах джунглей не было устойчивой взаимосвязи между температурой и заболеваемостью холерой.

Наша модель механистической передачи дала хорошее соответствие недельным кривым заболеваемости по всем 25 департаментам Перу (рис. 5), что позволило нам получить зависящие от времени средние оценки и оценки эффективного числа воспроизводимых по департаментам. Модель показала характерные сезонные колебания в потенциале передачи (рис. 6 и рис. S6), а также расчетной концентрации вибрионов в окружающей среде (рис. S7).Корреляция между модельными прогнозами и наблюдениями (S8 рис.) Была высокой и в среднем превышала 80% в подавляющем большинстве отделов (диапазон: от 58% до 97%). По нашим оценкам, по 25 отделениям (95% ДИ: 0,8, 7,3), что достаточно для устойчивой передачи. Наше среднее значение на уровне отделов показало существенные различия между отделами, в пределах от 0,8 до 6,9 (рис. 7). Средние оценки варьировались от 1,1 до 6,9 на побережье, 0,75–3,2 в джунглях и 0,9–2,0 в высокогорье. В частности, самый высокий средний показатель наблюдался в прибрежной части Анкаша (рис. 7).В целом, среднее значение было выше для отделов, которые были ближе к побережью (Спирмен ρ = -0,56, P = 0,004). Мы также обнаружили, что уровень отделов коррелировал с общей частотой атак (Спирмен ρ = 0,58, P = 0,002), возвышением ( ρ = −0,41, P = 0,04) и размером популяции ( ρ = 0,62, P <0,001). Таким образом, эти результаты показывают, что эпидемия в прибрежном регионе не только демонстрировала раннее начало эпидемии в зависимости от времени появления первых зарегистрированных случаев, что согласуется с нахождением в непосредственной близости от водного резервуара, но и более высокого потенциала передачи по сравнению с джунгли и высокогорья.

Рис. 5. Механическая модель соответствует недельной заболеваемости холерой в 25 департаментах Перу, 1991–1997 годы.

Черные точки соответствуют данным, среднее соответствие модели представляет собой сплошную красную линию, а пунктирные красные линии соответствуют 95% -ным интервалам прогноза.

https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045.g005

Рис. 7. Средние оценки и их 95% доверительные интервалы по 25 департаментам Перу.

Горизонтальная пунктирная линия в точке 1.0 показан для справки. Пунктирные вертикальные линии разделяют департаменты на побережье, в джунглях и горных районах Перу.

https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045.g007

Мы также оценили вариабельность оценок начальной концентрации вибрионов ( B 1 ) и показателей отчетности ( ψ ) между отделами. Мы обнаружили, что исходная концентрация вибрионов была выше в прибрежных департаментах по сравнению с другими департаментами (log 10 ( B 1 ) = 6.1 против log 10 ( B 1 ) = 5,2, критерий Вилкоксона, P = 0,02; Рис 8). С другой стороны, частота сообщений была низкой, что согласуется со значительной долей бессимптомных или легких случаев, связанных с инфекциями холеры с биотипом холеры Эль-Тор. Более того, средние оценки показателей отчетности по департаментам отрицательно коррелировали с уровнем неграмотности в 1994 г. ( ρ = -0,56, P = 0,003), что, возможно, указывает на более слабый надзор в более бедных районах (S9 рис.).

Рис. 8. Средние оценки начальной концентрации вибрионов и их 95% доверительных интервалов в 25 департаментах Перу.

Пунктирные вертикальные линии разделяют департаменты на побережье, в джунглях и горных районах Перу.

https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045.g008

Обсуждение

В этой статье мы охарактеризовали пространственно-временную динамику большой эпидемии холеры в Перу (1991–1997) путем подгонки статистических и механистических моделей к пространственно дезагрегированным недельным временным рядам заболеваемости.Наши результаты проливают свет на географическую изменчивость оценок основного воспроизводимого числа (), начальной концентрации вибрионов в окружающей среде и показателей отчетности. В целом наши результаты показывают, что первоначальное распространение эпидемии, наблюдаемое в прибрежных районах, согласуется с более высокими оценками и концентрациями вибрионов в окружающей среде в этом географическом регионе. Эти данные согласуются с ранними сообщениями о случаях холеры в прибрежных городах, включая Лима, Чанкай, Чимботе, Трухильо, Чиклайо и Пьюра [21].Эти результаты предполагают, что холерные вибрионы, автохтонные для планктона в естественной водной среде, могли вызвать вспышки в нескольких местах вдоль тихоокеанского побережья Перу, прежде чем распространиться через высокогорье и районы джунглей [21]. Тем не менее, мы не можем исключить, что инфицированные путешественники, прибывшие из зоны вспышки холеры, могли способствовать разрастанию эпидемии [63, 64, 65].

Наши оценки на уровне отделов среди иммунологически наивного населения Перу в целом согласуются с литературой по моделированию холеры.Например, Phelps et al. недавно исследовали эпидемии холеры у иммунологически неинфицированных популяций в Дании XIX века и обнаружили, что базовая репродуктивная численность колеблется от 1,7 до 2,6 [63]. Точно так же средние оценки находились в диапазоне от 1,6 до 3 во время вспышки на Гаити в 2010 году [66, 67, 32], а также постоянно превышали 2 в Йемене (2016) [68]. Другие оценки достигли 5 [69] в Бангладеш (2005 г.) [69] и достигли 19,1 и 7,32 в Индии (2009 г.) и Гвинее-Бисау (2008 г.), соответственно [70, 30].

Средние оценки были больше единицы в большинстве прибрежных районов и департаментов джунглей, в то время как оценки были ниже в высокогорных районах (рис. 7). Это указывает на усиление передачи в прибрежном и тропическом климате, хотя имеющихся данных о случаях было недостаточно, чтобы выделить вклад экологических путей передачи и путей передачи от человека к человеку. Мы отмечаем, что предыдущие исследования предполагают значительный экологический компонент передачи в географических регионах, граничащих с водным резервуаром.Например, Mukandavire et al. обнаружили, что, хотя передача была вызвана загрязнением окружающей среды на Гаити, только одна оценка на уровне департамента благоприятствовала экологическому компоненту числа воспроизводств [29], и она совпадала с местоположением загрязненной реки. Напротив, в Зимбабве Mukandavire et al. предполагает, что передача от человека к человеку намного перевешивает передачу через окружающую среду, вероятно, потому, что страна находится далеко от любого естественного резервуара холеры [28]. Наши результаты предполагают более высокую пригодность передачи в прибрежных районах, что также наблюдалось в более ранних сообщениях о случаях заболевания.

Наблюдаемые пространственно-временные вариации динамики холеры в Перу также согласуются с предыдущими данными из Мексики, Африки и Камеруна. Исследования показали, что сложные факторы окружающей среды участвуют в схемах передачи холеры. Например, Ngwa et al. использовали регрессионную модель для выявления связи между риском передачи холеры и переменными окружающей среды в Камеруне [71]. Они обнаружили значительную связь между холерой, средней дневной максимальной температурой и уровнем осадков.Nkoko et al. изучили район Великих озер в Африке с 1978 по 2008 год и обнаружили, что аномально теплые явления Эль-Ниньо соответствуют увеличению заболеваемости холерой [72]. Это согласуется с гипотезой о том, что Эль-Ниньо могло повлиять на эпидемию 1991 г. в Перу [21]. Например, исследования обнаружили значительную корреляцию между заболеваемостью холерой и повышенной температурой морской поверхности во время явлений Эль-Ниньо [73]. Кроме того, страны Латинской Америки, расположенные рядом с другими крупными водоемами, не пострадали в такой степени, как Перу [74].Явление Эль-Ниньо также может помочь объяснить, почему холера может сохраняться в окружающей среде, не вызывая эндемических инфекций в такой стране, как Перу [73].

Разделение вклада передачи от человека к человеку и передачи в окружающей среде было невозможно из-за отсутствия дезагрегированных временных рядов случаев, возникающих по каждому пути передачи. Более чем одна возможная комбинация параметров передачи могла привести к появлению перуанских эпидемических кривых, как отмечалось в другом исследовании по моделированию холеры [54].Кроме того, мы увидели только слабую взаимосвязь между средней температурой по отделениям. Наконец, важно отметить, что это не единственный источник вспышек в нашей модели холеры. Когда концентрация вибрионов в окружающей среде велика, наша модель может дать существенные вспышки даже при значениях ниже 1,0.

Обратная задача оценки параметров, вытекающая из этой модели, представлена ​​как нелинейный LSP, ограниченный системой нелинейных дифференциальных уравнений.В общем, стандартный подход к идентификации параметров из этого LSP включает использование некоторого регуляризованного градиента или схемы оптимизации типа Гаусса-Ньютона в сочетании с численным методом решения системы ОДУ. Даже с регуляризацией этот метод очень нестабилен [52] из-за сильного распространения шума, усугубляемого вычислительными ошибками на каждом этапе итерационного процесса. В качестве альтернативы этому методу в нашем исследовании мы разрабатываем новую процедуру оценки параметров для конкретной задачи, которая, благодаря уникальному использованию данных о заболеваемости, приводит к аналитическим выражениям для S ( t ) (количество восприимчивых особей), I ( т ) (количество инфицированных особей) и B ( т ) (концентрация вибрионов в окружающей среде).Таким образом, он больше не полагается на численные программы для решения нелинейных дифференциальных уравнений. Это позволяет нам существенно уменьшить накопление вычислительных ошибок и их усиленное влияние на восстанавливаемые параметры, что делает оценку параметров более стабильной и точной.

Наше исследование не лишено ограничений. Было существенно занижено количество случаев заболевания из-за распространенности бессимптомных или легких инфекций, связанных с биотипом Эль-Тор [5]. Мы рассмотрели широкое определение случая холеры, которое включает подтвержденные и предполагаемые случаи [5].Хотя наша механистическая модель учитывает занижение данных о случаях, нельзя исключать неправильную классификацию во время эпидемий. Кроме того, компонент окружающей среды в нашей модели передачи изменялся только температурой и не учитывал потенциальные эффекты других переменных окружающей среды, таких как осадки (см., Например, [75]). Кроме того, дополнительные индикаторы передачи в окружающей среде могут помочь объяснить сильную экологическую составляющую передачи в джунглях, несмотря на слабую связь между температурой и заболеваемостью в этом географическом регионе.Наконец, наша модель не учитывала диффузию между отделами из-за отсутствия надежных данных о перемещениях и моделях связи в Перу. Однако наш пространственный анализ выявил относительно слабую пространственную автокорреляцию на протяжении всей эпидемии, что указывает на ограниченное распространение (см. Также [76]).

Таким образом, эпидемия холеры 1991–1997 годов в Перу характеризовалась отчетливыми волнами передачи через три географических региона. и первоначальные концентрации вибрионов были значительно выше в прибрежных районах по сравнению с другими регионами.Распространение по всему Перу было уникальным по сравнению с другими странами Латинской Америки. Используя механистический подход к моделированию, который учитывает колебания пути передачи инфекции в окружающей среде, мы смогли зафиксировать множественные волны передачи этой эпидемии. Эта методология может быть полезной для исследования будущих эпидемий холеры и может быть расширена для создания прогнозов и прогнозов воздействия вакцинации в режиме, близком к реальному времени.

Заявление об ограничении ответственности

Эта работа не обязательно отражает точку зрения правительства США, Национального института здравоохранения или ПАОЗ / ВОЗ.

Вспомогательная информация

S1 Рис. Карта Перу с ведомственными подразделениями (создана с помощью QGIS).

География Перу охватывает ряд особенностей, от западной прибрежной равнины (желтая) до Анд в центре (коричневый) и восточных джунглей Амазонки (зеленый).

https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045.s001

(TIF)

S4 Рис. Корреляция Спирмена (непараметрическая) между неделей начала эпидемии и (а) размером популяции и (б) высотой (км).

Департаменты с большим населением, как правило, имели более раннее начало эпидемии ( P <0,01), в то время как не было значимой связи между повышением и началом эпидемии.

https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045.s004

(TIF)

S6 Рис. Эффективные показатели воспроизводства в 25 департаментах на протяжении всей эпидемии (1991–1997).

Среднее число воспроизведений показано красной сплошной линией, а красные пунктирные линии соответствуют 95% доверительному интервалу.Набор голубых кривых показывает неопределенность эффективного числа репродукций.

https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008045.s006

(TIF)

Ссылки

  1. 1. Али М., Нельсон А.Р., Лопес А.Л., Мешок Д.А. Обновленное глобальное бремя холеры в эндемичных странах [статья в журнале]. PLoS «Забытые тропические болезни». 2015; 9 (6): e0003832. Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4455997/. pmid: 26043000
  2. 2.Colwell RR. Глобальный климат и инфекционные болезни: парадигма холеры [статья в журнале]. Наука. 1996; 274 (5295): 2025. Доступно по адресу: http://science.sciencemag.org/content/274/5295/2025.abstract. pmid: 8953025
  3. 3. Де Маньи Г.К., Муртугудде Р., Сапиано М.Р., Низам А., Браун К.В., Бусалаччи А.Дж. и др. Экологические сигнатуры, связанные с эпидемиями холеры. Труды Национальной академии наук. 2008. 105 (46): 17676–17681.
  4. 4. Мешок Д.А., Мешок РБ, Наир ГБ, Сиддик А.К.Холера [Журнальная статья]. Ланцет. 2004. 363 (9404): 223–233. Доступно по адресу: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0140673603153287.
  5. 5. Финкельштейн Р. 24. В кн .: Барон С., редактор. Холера, холерный вибрион O1 и O139 и другие патогенные вибрионы. 4-е изд. Галвестон, Техас: Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне; 1996.
  6. 6. Райс А.А., Вуджиа Д.Д., Бинголеа Л., Паласиос А.М., Васкес Э., Уэллс Дж. Г. и др. Холера в Пьюре, Перу: современная городская эпидемия [статья в журнале].Журнал инфекционных болезней. 1992. 166 (6): 1429–1433. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1093/infdis/166.6.1429. pmid: 1431259
  7. 7. Swerdlow DL, Greene KD, Tauxe RV, Wells JG, Bean NH, Ries AA и др. Передача эпидемии холеры через воду в Трухильо, Перу: уроки для континента, подверженного риску [статья в журнале]. Ланцет. 1992. 340 (8810): 28–32. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1016/0140-6736(92)-F.
  8. 8. Мутреджа А., Ким Д. В., Томсон Н., Коннор Т. Р., Ли Дж. Х., Кариуки С. и др.Доказательства множественных волн глобальной передачи в рамках седьмой пандемии холеры [Журнальная статья]. Природа. 2011. 477 (7365): 462–465. Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3736323/.
  9. 9. Баруа Д. Глобальная эпидемиология холеры в последние годы [Журнальная статья]. Труды Королевского медицинского общества. 1972. 65 (5): 423–428. Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1643924/. pmid: 5083668
  10. 10. Мухопадхьяй А.К., Такеда Й., Балакриш Наир Г.В: Наир Г.Б., Такеда Й., редакторы. Вспышки холеры в эру биотипа Эль-Тор и влияние новых вариантов Эль-Тор. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg; 2014. с. 17–47. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1007/82_2014_363.
  11. 11. Goodgame RW, Greenough III WB. Холера в Африке: сообщение для Запада [статья в журнале]. Анналы внутренней медицины. 1975. 82 (1): 101–106. Доступно по ссылке: http://dx.doi.org/10.7326/0003-4819-82-1-101. pmid: 1235746
  12. 12.Холера в Испании [Журнальная статья]. Британский медицинский журнал. 1971; 3 (5769): 266–266. Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1799115/.
  13. 13. Seminario L, López A, Vásquez E, Rodriguez M. Epidemia de cólera en el Perú: vigilancia epidemiológica [Журнальная статья]. Revista Peruana de Epidemiología. 1991. 4 (2): 8–41.
  14. 14. Капер Дж. Б., Моррис Дж. Г., Левин М. М.. Холера [Журнальная статья]. Обзоры клинической микробиологии. 1995. 8 (1): 48–86.Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC172849/. pmid: 7704895
  15. 15. Готуццо Э. Эль Колера в Перу [Журнальная статья]. Revista Médica Herediana. 1991; 2 (3).
  16. 16. Мухика О., Семинарио Л., Токсе Р., Бинеолеа Л. Эпидемиологическое исследование в Перу; lecciones para un continente en riesgo. Revista Médica Herediana. 1991. 2 (2): 121–31.
  17. 17. Gotuzzo E, Cieza J, Estremadoyro L, Seas C. Cholera. Уроки эпидемии в Перу.Клиники инфекционных болезней Северной Америки. 1994. 8 (1): 183–205. pmid: 7980768
  18. 18. Guthmann JP. Эпидемия холеры в Латинской Америке: распространение и пути передачи [Журнальная статья]. Журнал тропической медицины и гигиены. 1995. 98 (6): 419–427. Доступно по адресу: http://europepmc.org/abstract/MED/8544225. pmid: 8544225
  19. 19. Холера в Америке [Журнальная статья]. Бюллетень Панамериканской организации здравоохранения. 1991. 25 (3): 267–273.
  20. 20.Cuadra M, Neyra J, Cuadra A. El cólera en un país desarrollado y en un subdesarrollado. El cólera en el Perú visto en la perspectiva de un reciente caso en Berlín, Alemania [Журнальная статья]. Revista Peruana de Epidemiología. 1993. 6 (2): 29–33.
  21. 21. Сис С., Миранда Дж., Гил А.И., Леон-Баруа Р., Патц Дж., Хук А. и др. Новые взгляды на возникновение холеры в Латинской Америке в 1991 году: опыт Перу [Журнальная статья]. Американский журнал тропической медицины и гигиены.2000. 62 (4): 513–517. Доступно по адресу: http://www.ajtmh.org/content/journals/10.4269/ajtmh.2000.62.513. pmid: 11220769
  22. 22. Cieza J, Gamara G, Torres C. Letalidad y riesgo de insuficiencia renal por cólera en el Hospital Nacional Cayetano Heredia de Lima, Перу. [Статья журнала]. Revista Médica Herediana. 1991; 2 (2).
  23. 23. Гастаньяга Руис К. Агуа-и-Санамьенто Басико, Перу, 1991 [статья в журнале]. Revista Peruana de Epidemiología. 1991. 4 (2): 70–85.
  24. 24.Урибе Йочоа, Ортис Соуза Х., Пембертон Медина Дж., Ортис Альварес В. Колера в Перу: Primer caso Diagnosticado Clínicamente [Журнальная статья]. Revista de Farmacología y Terapéutica. 1991; 1 (1): 8–9.
  25. 25. Родригес М., Техада Э., Семинарио Л., Свердлов Д.Л., Минц Блейк Э.Д., Грин К. и др. Epidemia del cólera en el distrito de Víctor Larco Herrera, Трухильо. Ла Либертад, Перу [Журнальная статья]. Revista Peruana de Epidemiología. 1991. 4 (2): 42–46.
  26. 26. Тамплин М., Пароди К.Распространение холерного вибриона в Перу в окружающей среде. Ланцет. 1991. 338 (8776): 1216–1217.
  27. 27. Gil AI, Lanata CF, Butron B, Gabilondo A, Molina M, Bravo N. Заболеваемость диареей Vibrio cholerae O1 у детей в начале эпидемии холеры в пригороде Лимы, Перу. Журнал детских инфекционных болезней. 1996. 15 (5): 415–418.
  28. 28. Mukandavire Z, Liao S, Wang J, Gaff H, Smith DL, Morris JG. Оценка репродуктивного числа вспышек холеры в Зимбабве в 2008-2009 гг. [Журнальная статья].Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2011. 108 (21): 8767–8772. Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3102413/.
  29. 29. Mukandavire Z, Smith DL, Morris JG Jr. Холера на Гаити: репродуктивные показатели и оценки охвата вакцинацией [Журнальная статья]. Научные отчеты. 2013; 3: 997. Доступно по ссылке: http://dx.doi.org/10.1038/srep00997. pmid: 23308338
  30. 30. Azman AS, Luquero FJ, Rodrigues A, Palma PP, Grais RF, Banga CN, et al.Горячие точки передачи холеры в городах и их значение для реактивной вакцинации: данные из города Бисау, Гвинея-Бисау [статья в журнале]. PLOS «Забытые тропические болезни». 2012; 6 (11): e1901. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0001901. pmid: 23145204
  31. 31. Chan CH, Tuite AR, Fisman DN. Историческая эпидемиология второй пандемии холеры: актуальность для современной динамики заболевания [Журнальная статья]. PLOS ONE. 2013; 8 (8): e72498. Доступно по адресу: https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0072498. pmid: 239
  32. 32. Кирпич А., Веппельманн Т.А., Ян Й., Али А., Моррис Дж. Дж. Мл., Лонгини И.М. Передача холеры в Западном департаменте Гаити: динамическое моделирование и будущее эпидемии. PLoS игнорирует тропические болезни. 2015; 9 (10): e0004153. pmid: 26488620
  33. 33. Experiencia de la Epidemia del Cólera en el Perú, 1991. В: Глобальный форум регуляторов безопасности пищевых продуктов ФАО / ВОЗ; 2002.
  34. 34. Петрера М., Монтойя М.Экономические последствия эпидемии холеры, Перу, 1991. Эпидемиологический бюллетень ПАОЗ. 1992; 13 (3): 9–11.
  35. 35. Гонсалес дель Карпио Д. Эль Госпиталь бахо ла фурия дель Колера [Журнальная статья]. Revista Médica Herediana. 1991; 2 (2).
  36. 36. Seminario C, Mujica O, Fishbein D. Приоритеты эпиднадзора за общественным здоровьем при ограниченных ресурсах. [Статья журнала]. Еженедельный отчет о заболеваемости и смертности. 1992; 41: 85–89.
  37. 37. Малисон М., Мануэль М., Лимпакарнджанарат К.Программы обучения полевой эпидемиологии. Международный эпидемиологический журнал. 1989. 18 (4): 995–996. pmid: 2621040
  38. 38. Музыка С.И., Шульц М.Г. Программы обучения полевой эпидемиологии: новые международные ресурсы здравоохранения. Джама. 1990. 263 (24): 3309–3311.
  39. 39. Белый ME, McDonnell SM, Werker DH, Cardenas VM, Thacker SB. Партнерство в области обучения и оказания услуг в области международной прикладной эпидемиологии, 1975–2001 гг. Американский журнал эпидемиологии. 2001. 154 (11): 993–999.
  40. 40. Vigilancia Epidemiologica. Министерство здравоохранения Перу [веб-страница]; 2018. Доступно по адресу: http://www.dge.gob.pe/portal/index.php?option=com_content&view=article&id=359&Itemid=327.
  41. 41. Ку Д., Траверсо Х., Клевета М., Драсбек С., Токсе Р., Брандлинг-Беннетт Д. Эпидемия холеры в Латинской Америке, 1991–1993 годы: значение определений случаев, используемых для надзора за общественным здравоохранением [Журнальная статья]. Бюллетень Панамериканской организации здравоохранения.1996. 30 (2): 134–143. pmid: 8704754
  42. 42. дель Агила Р., Бенавидес Б., Якоби Е., Новара Дж. Реконосимьенто де cólera por personas sintomáticas después del brote epidémico en las UDES Lima sur y la sub-región Luciano Castillo-región Grau [Журнальная статья]. Revista Peruana de Epidemiología. 1992. 5 (1): 5–9.
  43. 43. Vugia DJ, Koehler JE, Ries AA. Эпидемиологический надзор за эпидемией холеры в Америке: оценка [статья в журнале]. Еженедельный отчет о заболеваемости и смертности.1992. 41 (1): 27–34.
  44. 44. Смирнова А., Стерретт Н., Мухика О.Дж., Мунайко С., Суарес Л., Вибоуд С. и др. Наборы данных для: Пространственная динамика и базовое репродуктивное число Великой эпидемии холеры в Перу, 1991–1997 годы; 2019. Доступно по адресу: DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.10005170.
  45. 45. Ди Д.П., Уппала С.М., Симмонс А.Дж., Беррисфорд П., Поли П., Кобаяши С. и др. Реанализ ERA-Interim: конфигурация и производительность системы усвоения данных [Журнальная статья].Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества. 2011. 137 (656): 553–597. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1002/qj.828.
  46. 46. Показатели социально-демографического движения пор департамента. Перу; Instituto Nacional de Estadistica e Informatica, 1993.
  47. 47. Андерсон Р., Мэй Р. Заболевания, передающиеся напрямую, инфекционные: борьба с помощью вакцинации [Журнальная статья]. Наука. 1982; 215 (4536): 1053–1060. Доступно по ссылке: http://science.sciencemag.org/content/sci/215/4536/1053.full.pdf. pmid: 7063839
  48. 48. Codeco CT. Эндемическая и эпидемическая динамика холеры: роль водоема [Журнальная статья]. BMC Инфекционные болезни. 2001; 1: 1–1. Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC29087/. pmid: 11208258
  49. 49. Fung ICH. Динамические модели передачи холеры для практиков общественного здравоохранения. Новые темы в эпидемиологии. 2014; 11 (1): 1. pmid: 24520853
  50. 50. Левин М.М., Блэк Р.Э., Клементс М.Л., Сиснерос Л., Налин Д.Р., Молодой CR.Продолжительность инфекционного иммунитета к холере [Журнальная статья]. J Infect Dis. 1981; 143 (6): 818–20. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7252264. pmid: 7252264
  51. 51. Хендрикс TR. Патофизиология холеры [Журнальная статья]. Бюллетень Нью-Йоркской медицинской академии. 1971; 47 (10): 1169–1180. Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1749961/. pmid: 4329549
  52. 52. Смирнова А., ДеКэмп Л., Лю Х. Обратные задачи и болезнь, вызванная вирусом Эбола, с использованием модели возраста инфекции.В кн .: Математическое и статистическое моделирование возникающих и повторно возникающих инфекционных заболеваний. Springer; 2016. с. 103–121.
  53. 53. Роза К., Човелл Г. Оценка идентифицируемости параметров в компартментных динамических моделях с использованием вычислительного подхода: применение к моделям передачи инфекционных заболеваний. Теоретическая биология и медицинское моделирование. 2019; 16 (1): 1. pmid: 30642334
  54. 54. Айзенберг М.С., Робертсон С.Л., Тьен Дж. Х. Выявление и оценка множественных путей передачи холеры и болезней, передающихся через воду.Журнал теоретической биологии. 2013; 324: 84–102. pmid: 23333764
  55. 55. Тунцер Н., Гулбудак Х., Каннатаро В.Л., Марчева М. Структурные и практические вопросы идентифицируемости иммуноэпидемиологических моделей переносчиков-хозяев применительно к лихорадке Рифт-Валли. Вестник математической биологии. 2016; 78 (9): 1796–1827.
  56. 56. Човелл Г., Тарик А., Хайман Дж. М.. Новая структура моделирования субэпидемии для краткосрочного прогнозирования волн эпидемии. BMC медицина. 2019; 17 (1): 164.pmid: 31438953
  57. 57. Човелл Г. Подгонка динамических моделей к вспышкам эпидемий с количественной неопределенностью: учебник по неопределенности, идентифицируемости и прогнозам параметров. Модель Infect Dis. 2017 август; 2 (3): 379–398. pmid: 207
  58. 58. Клифф AD, Ord JK. Пространственные процессы: модели и приложения. Пион; 1981. Доступно по адресу: https://books.google.com/books?id=Mi0OAAAAQAAJ.
  59. 59. Эджингтон Э., Эджингтон Э., Онгена П. Тесты рандомизации.CRC; 2007.
  60. 60. Эджингтон Э. Рандомизационные тесты, четвертое издание. Тейлор и Фрэнсис; 1995. Доступно по адресу: https://books.google.com/books?id=UxGqdcmL5gMC.
  61. 61. Woolhouse M, Dye C, Etard JF, Smith T, Charlwood J, Garnett G и др. Неоднородности в передаче инфекционных агентов: значение для разработки программ контроля [Журнальная статья]. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 1997. 94 (1): 338–342.Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC19338/.
  62. 62. Керани Р.П., Handcock MS, Handsfield HH, Холмс К.К. Сравнительные географические концентрации 4 инфекций, передаваемых половым путем [статья в журнале]. Американский журнал общественного здравоохранения. 2005. 95 (2): 324–330. Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1449173/. pmid: 15671471
  63. 63. Фелпс М., Пернер М.Л., Питцер В.Е., Андреасен В., Дженсен ПКМ, Симонсен Л. Прошлые эпидемии холеры предлагают новые взгляды на старого врага.J Infect Dis. 2018 Янв; 217 (4): 641–649. pmid: 206
  64. 64. Мари Л., Бертуццо Э., Ригетто Л., Касагранди Р., Гатто М., Родригес-Итурбе I и др. Моделирование эпидемий холеры: роль водных путей, мобильность людей и санитария. Журнал Интерфейса Королевского общества. 2011. 9 (67): 376–388.
  65. 65. Finger F, Genolet T, Mari L, de Magny GC, Manga NM, Rinaldo A, et al. Данные мобильных телефонов подчеркивают роль массовых собраний в распространении вспышек холеры.Труды Национальной академии наук. 2016. 113 (23): 6421–6426.
  66. 66. Туите А.Р., Тьен Дж., Айзенберг М., Заработок Д. Д., Ма Дж., Фисман Д. Н.. Эпидемия холеры на Гаити, 2010 г .: Использование модели передачи для объяснения пространственного распространения болезни и определения оптимальных мер контроля [Журнальная статья]. Анналы внутренней медицины. 2011. 154 (9): 593–601. Доступно по ссылке: http://dx.doi.org/10.7326/0003-4819-154-9-201105030-00334.
  67. 67. Чао Д.Л., Халлоран М.Э., Лонгини И.М.Стратегии вакцинации против эпидемии холеры на Гаити с последствиями для развивающихся стран [Журнальная статья]. Труды Национальной академии наук. 2011. 108 (17): 7081–7085. Доступно по адресу: http://www.pnas.org/content/pnas/108/17/7081.full.pdf.
  68. 68. Камачо А., Бухения М., Алюсфи Р., Алкоглани А., Наджи МАМ, де Радигес X и др. Эпидемия холеры в Йемене, 2016–2018 гг .: анализ данных эпиднадзора. The Lancet Global Health. 2018; 6 (6): e680 – e690.
  69. 69.Longini J Ира М., Низам А., Али М., Юнус М., Шенви Н., Клеменс Дж. Д. Борьба с эндемической холерой с помощью пероральных вакцин [статья в журнале]. PLOS Medicine. 2007; 4 (11): e336. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0040336. pmid: 18044983
  70. 70. Миллер Нейлан Р.Л., Шефер Э., Гафф Х., Фистер К.Р., Ленхарт С. Моделирование оптимальных стратегий вмешательства при холере [Журнальная статья]. Вестник математической биологии. 2010. 72 (8): 2004–2018. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1007 / s11538-010-9521-8. pmid: 20204710
  71. 71. Нгва М.К., Лян С., Кракалик И.Т., Моррис Л., Блэкберн Дж. К., Мбам Л. М. и др. Холера в Камеруне, 2000-2012: пространственный и временной анализ на рабочем (медицинский район) и субклиматическом уровнях [статья в журнале]. PLOS «Забытые тропические болезни». 2016; 10 (11): e0005105. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0005105. pmid: 27855171
  72. 72. Nkoko DB, Giraudoux P, Plisnier P, Tinda AM, Piarroux M, Sudre B, et al.Динамика вспышек холеры в районе Великих озер Африки, 1978-2008 гг. [Журнальная статья]. Возникающие инфекционные заболевания. 2011; 7 (11): 2026–2034.
  73. 73. Gil AI, Louis VR, Rivera ING, Lipp E, Huq A, Lanata CF и др. Возникновение и распространение холерного вибриона в прибрежной среде Перу [Журнальная статья]. Экологическая микробиология. 2004. 6 (7): 699–706. Доступно по ссылке: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/j.1462-2920.2004.00601.x. pmid: 15186348
  74. 74.Кумате Дж., Сепульведа Дж., Гутьеррес Г. Эпидемиология холеры в Латинской Америке и перспективы искоренения [Журнальная статья]. Бюллетень Института Пастера. 1998. 96 (4): 217–226. Доступно по адресу: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020245299800025.
  75. 75. Pasetto D, Finger F, Camacho A, Grandesso F, Cohuet S, Lemaitre JC и др. Прогнозирование в режиме реального времени для принятия решений по холере на Гаити после урагана Мэтью. PLoS Comput Biol. 2018 05; 14 (5): e1006127.pmid: 29768401
  76. 76. Фелпс, доктор медицины, Асман А.С., Левнард Дж. А., Антильон М., Симонсен Л., Андреасен В. и др. Важность мышления, выходящего за рамки водоснабжения в условиях эпидемии холеры: историческое городское тематическое исследование. PLoS Negl Trop Dis. 2017 Ноябрь; 11 (11): e0006103. pmid: 291

хозяин, патоген и бактериофаг динамика

Abstract

Зимбабве представляет собой самый последний пример трагедии, которая постигает страну и ее жителей, когда поражает холера.Вспышка 2008–2009 гг. Быстро распространилась по каждой провинции и привела к уровню смертности, аналогичному тем, которые наблюдались в результате инфекций холеры сто лет назад. В этом обзоре мы выделяем достижения, которые помогут понять, как взаимодействия между хозяином, бактериальным патогеном и литическим бактериофагом могут способствовать возникновению и подавлению вспышек холеры в эндемичных условиях и в развивающихся эпидемических регионах, таких как Зимбабве.

Диарейные заболевания, включая холеру, являются ведущей причиной заболеваемости и второй по частоте причиной смерти среди детей в возрасте до 5 лет во всем мире 1,2 .Трудно определить точную заболеваемость и смертность от холеры, поскольку системы эпиднадзора во многих развивающихся странах находятся в зачаточном состоянии, а многие страны не решаются сообщать о случаях холеры в ВОЗ из-за потенциального негативного экономического воздействия этой болезни на торговлю и туризм. Сегодня реальное бремя холеры оценивается в несколько миллионов случаев в год, преимущественно в Азии и Африке 3 . При оптимальной доставке пероральная регидратационная терапия может снизить уровень летальности с> 20%, наблюдавшихся в прошлом 4–6 до <1% 7 .Еще предстоит проделать большую работу, поскольку 27 стран сообщили о показателях летальности, превышающих пороговое значение в 1% в 2007 году (REF. 8).

Возбудитель холеры, грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae, является факультативным патогеном, жизненный цикл которого имеет как человеческую, так и экологическую стадию 9,10 . V. cholerae дифференцируется серологически на основе антигена O его липополисахарида (ЛПС) (). Штаммы, продуцирующие токсин холеры ( токсигенных ), серогрупп O1 и O139 вызывают подавляющее большинство заболеваний.Серогруппа O1 подразделяется на два фенотипически различных биотипа , Эль-Тор и классический, второй из которых связан с более ранними пандемиями. Оба биотипа могут быть далее подразделены на два серотипа, Инаба и Огава 7 . За последние 20 лет Эль Тор заменил классический биотип 11 ; однако наследие классического биотипа сохраняется, поскольку появились штаммы Эль-Тор, содержащие токсин классической холеры 12–14 . Серогруппа O139 впервые появилась в 1992 г. в результате мультигенной замены в кодирующей O антиген-кодирующей области штамма-предшественника O1 El Tor 15 .Хотя серогруппа O139 вызвала разрушительные вспышки в 1990-х годах, штамм Эль Тор остается доминирующим штаммом во всем мире 11,16,17 .

Филогенетическое родство штаммов Vibrio cholerae

На основании антигенности компонента O-антигена липополисахарида внешней мембраны в водной среде существует более 200 серогрупп (O1 – O200) Vibrio cholerae . Только подмножество штаммов серогрупп O1 и O139 являются токсигенными (Tox + ) и, следовательно, способны вызывать холеру при приеме внутрь; такие штаммы отбираются у хозяина.Другие штаммы нетоксигены (Tox ) и отбираются против них. Различные типы О-антигена обозначены цветом внешней мембраны и покрытого оболочкой жгутика (периплазматическое пространство и внутренняя мембрана не показаны). Капсулы присутствуют в подмножестве штаммов. Генотипы разных штаммов обозначены цветом цитоплазмы; обратите внимание, что Tox + O1 и O139 имеют по существу один и тот же генотип, за исключением генов O-антигена.

Патофизиология холеры описана в обширной литературе.Короче говоря, патогенные штаммы несут в себе ключевые факторы вирулентности, которые включают холерный токсин 18 и ко-регулируемый токсин (TCP) 19,20 , самосвязывающийся пилус, который связывает бактериальные клетки вместе 21 , возможно, чтобы противостоять силам сдвига. в тонком кишечнике хозяина. Токсин холеры представляет собой секретируемый токсин субъединицы AB 5 . Пентамер субъединицы B связывает моносиалотетрагексозилганглиозиды на абсорбирующих эпителиальных клетках, вызывая эндоцитоз ферментативной субъединицы A, после чего он рибозилирует АДФ субъединицу G-белка, который контролирует активность аденилилциклазы.Хотя вирулентность является многофакторной, холерный токсин является ключевым фактором, ответственным за обильную секреторную диарею, которая возникает у инфицированных людей. Трансмиссивные элементы, такие как лизогенный бактериофаг , несущий гены токсина холеры 22 и элемент SXT, несущий гены устойчивости к антибиотикам 23 , будут продолжать определять эволюцию V. cholerae .

Биологические факторы и факторы окружающей среды, которые способствуют динамике вспышек холеры, продолжают оставаться предметом интенсивных исследований.Было опубликовано несколько обзорных статей, посвященных важности экологических факторов в распространении вспышек холеры. 24–26 . В этом обзоре мы сосредоточимся скорее на трех биологических факторах, которые, как считается, играют важную роль в возникновении и формировании вспышек холеры: восприимчивость хозяина, вирулентность V. cholerae и литические бактериофаги. Ниже мы обсудим эту троицу факторов, связанных с динамическим характером вспышек холеры.

Человек-хозяин

Клинический спектр

В.cholerae инфекция

Инфекция V. cholerae вызывает клинический спектр, который варьируется от бессимптомной колонизации до холеры, наиболее тяжелой формы болезни (). После приема внутрь зараженной пищи или воды V. cholerae колонизирует тонкий кишечник в течение 12–72 часов до появления симптомов. Холера часто начинается с желудочных спазмов и рвоты, за которыми следует диарея, которая может прогрессировать до потери жидкости до 1 литра в час 27 .Эти потери приводят к серьезному истощению объема жидкости и метаболическому ацидозу, что может привести к сосудистому коллапсу и смерти 7 . Стул с рисовой водой обычно содержит от 10 10 до 10 12 вибрионов на литр. Пациенты с симптомами могут выделять вибрионы до начала болезни 28,29 и будут продолжать выделять организмы в течение 1-2 недель 30,31 . Бессимптомные пациенты обычно выделяют вибрионы со стулом только в течение 1 дня, примерно 10 3 вибрионов на грамм стула 32 .Следовательно, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которое выделяется для последующей передачи.

Таблица 1

Клинический спектр инфекции Vibrio cholerae

Симптомы 8
Бессимптомная инфекция Легкая инфекция Тяжелая инфекция
Рвота и обильная диарея
Обезвоживание Нет От легкой до легкой От средней до тяжелой (гиповолемический шок)
Характеристики стула 58 Нормальный жидкий стул 58 Нормальный
Вибрионов на грамм стула До 10 5 До 10 8 10 7 до 10 9 в стуле (и рвотных массах)
Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) ПРС, внутривенные жидкости и антибиотики
Смертность Нет Нет Без лечения: до 50% Вылечено: менее 1%
из случаев с симптомами варьируется в зависимости от возраста и эндемичности заболевания.В эндемичных условиях, таких как дельта реки Ганг, дети с большей вероятностью будут госпитализированы с тяжелым заболеванием 33 . За последние 20 лет преобладание тяжелых случаев переместилось на детей младшего возраста, с пиком тяжелых случаев в возрасте 2 лет 34 . Напротив, при эпидемических моделях передачи, например, когда V. cholerae вводится в иммунологически неинфицированную популяцию, все возрастные группы кажутся одинаково восприимчивыми к симптоматической инфекции 16,35–37 .

Бессимптомные случаи также могут способствовать распространению микроорганизма, хотя и на гораздо более низком уровне, чем пациенты с симптомами, и могут отражать важный компонент приобретенного иммунитета, который наблюдается в некоторых сообществах. Однако бессимптомные случаи часто трудно задокументировать. Четырехкратное повышение титра вибриоцидного антитела в сыворотке крови является полезной мерой для выявления бессимптомных людей, которые могут быть инфицированы, но от которых невозможно изолировать организм.Используя положительный результат посева из ректального мазка или ответ на вибриоцидные антитела для определения инфекции, недавно было обнаружено, что у бангладешских детей в возрасте до 5 лет вероятность появления симптомов в 2–3 раза выше, чем у детей старше 5 лет 35 . Частота симптомов во всех возрастных группах в этом исследовании составила 57% 35 . Это соответствует показателям симптоматических инфекций, которые были обнаружены в связи с классическими штаммами в более ранней литературе 32,38–40 , но намного выше показателей, зарегистрированных для инфекций Эль-Тор в 1970-е годы 40 .Таким образом, бессимптомные случаи могут составлять примерно половину всех случаев. Будущие исследования иммунологии бессимптомных пациентов помогут оценить их вклад в защитный иммунитет на популяционном уровне.

Восприимчивость к холере

Генетические факторы и факторы питания хозяина влияют на восприимчивость к холере. Антигены группы гистокрови ABH представляют собой набор клеточных и секретируемых гликолипидов и гликопротеинов, которые являются ключевыми детерминантами восприимчивости хозяина к ряду желудочно-кишечных патогенов; они, по-видимому, влияют на специфичность рецептора клетки-хозяина в отношении связывания патогенов и токсинов.Фенотип O соответствует немодифицированному антигену H и связан со сниженным риском заражения V. cholerae . Однако, как только хозяин инфицирован, фенотип О ассоциируется с повышенным риском серьезных симптомов; механизм этого остается неизвестным. Распространенность фенотипа O варьируется среди человеческих популяций; его низкая распространенность в дельте реки Ганг предполагает, что существует отбор против этого фенотипа в эндемичной по холере зоне 35,41,42 .В популяциях с высокой распространенностью группы крови O, например в странах Латинской Америки, болезнь протекает тяжелее, и потребности в регидратации и госпитализации инфицированных людей существенно выше 43,44 .

Хотя антиген группы крови H является единственным давно признанным генетическим фактором, связанным с восприимчивостью к холере, другие генетические полиморфизмы, вероятно, были выбраны за или против, учитывая исторически высокие показатели смертности от холеры.Например, недавнее исследование связывало тяжелую холеру с вариантом LPLUNC1 (белок 1, связанный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) 45 , консервативного белка врожденного иммунитета. Экспрессия LPLUNC1 активируется в эпителии тонкой кишки во время острой холеры и может влиять на течение инфекции V. cholerae 46 .

Недоедание, измеряемое по задержке линейного роста, не является фактором риска заражения V. cholerae 35 .Однако дефицит ретинола (витамина А), питательного микроэлемента, который способствует иммунитету слизистых оболочек, является фактором риска, связанным как с инфекцией V. cholerae , так и с развитием симптоматического заболевания 35 . Цинк, еще один питательный микроэлемент, который способствует иммунитету слизистых оболочек, может истощаться во время диарейных заболеваний 47 . Оральный цинк устраняет этот дефицит у детей, что приводит к значительному сокращению объема стула и времени до прекращения диареи 44 .

Защитный иммунитет

Несколько исследований демонстрируют, что клинически очевидная инфекция V. cholerae индуцирует защитный иммунитет против последующей инфекции (ВСТАВКА 1). Заражение североамериканских добровольцев классическим биотипом и биотипом Эль-Тор обеспечивало 100% и 90% защиту соответственно от последующего заражения 31,48 . Аналогичным образом, в эндемических условиях было обнаружено, что более 90% пациентов с тяжелым заболеванием, вызванным инфекцией классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем, на основании наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации в связи со вторым эпизодом холеры в США. это население 33 ; аналогичные результаты были получены в отдельном исследовании 49 .Механизм этого защитного иммунитета против инфекции и болезни V. cholerae неизвестен.

Ящик 1 | Иммунный ответ человека на

Vibrio cholerae

Врожденный ответ

Холера считается прототипом невоспалительной инфекции. Часто отсутствуют грубые изменения слизистой оболочки кишечника или архитектурной целостности тонкой кишки. Однако наблюдается повышенная регуляция провоспалительных цитокинов (включая интерлейкин-1β и фактор некроза опухоли), экспрессии различных бактерицидных белков и миграции нейтрофилов в собственную пластинку во время острой холеры.Естественная вариабельность врожденного иммунного ответа может влиять на восприимчивость, что подтверждается обнаружением того факта, что полиморфизм в промоторной области гена LPLUNC1 (белок 1, связанный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) связан с повышенным риском холеры.

Адаптивный ответ

Неизвестно, как адаптивный иммунный ответ на холеру обеспечивает защиту от последующего заболевания. Поскольку Vibrio cholerae неинвазивен, было высказано предположение, что секреторный иммуноглобулин А кишечника (sIgA) защищает от колонизации слизистой оболочки.Примерно через 8 дней после начала холеры наблюдается пик циркуляции антиген-специфических лимфоцитов V. cholerae , которые экспрессируют хемокиновые рецепторы кишечника (см. Рисунок) 112 . Эти лимфоциты вскоре становятся необнаруживаемыми в крови, поскольку они возвращаются на слизистую оболочку кишечника, где они приводят к увеличению секреции sIgA в кишечнике. Реакции сывороточных антител, такие как реакция вибриоцидных антител, также достигают максимума через 1-3 недели после заражения. Хотя высокие сывороточные титры вибриоцидных антител и IgA, специфичного к холерному токсину, коррелируют с защитой от инфекции, эти антитела снижаются до исходного уровня через год после заражения, задолго до того, как защитный иммунитет против холеры ослабевает.Аналогичным образом, у добровольцев, инфицированных V. cholerae , уровни sIgA слизистой оболочки снижаются до исходного уровня в течение нескольких месяцев. Однако, когда добровольцев, у которых больше нет обнаруживаемых антител, повторно провоцируют антигенов V. cholerae , они демонстрируют стойкую способность вызывать анамнестический иммунный ответ, развивая пиковую кишечную секрецию антител так же быстро, как в течение трех дней. Следовательно, возможно, что скорость анамнестического ответа на повторное воздействие, а не заранее сформированные антитела, может опосредовать защиту от холеры.Это подтверждается недавними данными о том, что холера вызывает ответ В-клеток памяти, который выявляется в течение по крайней мере 1 года после заражения холерой 113 .

Выявлено несколько коррелятов иммунитета. Лучше всего охарактеризованным серологическим маркером иммунитета является титр сывороточных вибриоцидных антител. Это антитело является комплемент-зависимым бактерицидным антителом, титр которого заметно увеличивается после заболевания, но снижается до исходного уровня через 6–9 месяцев 7 . В Бангладеш вибриоцидные антитела выявляются у большинства людей в возрасте 10–15 лет и связаны со снижением риска инфицирования.Поскольку V. cholerae является неинвазивным патогеном, эти сывороточные антитела могут не вносить непосредственный вклад в защиту на уровне слизистой оболочки кишечника, но они могут быть полезны для оценки степени защитного иммунитета на уровне популяции. Антитела иммуноглобулина A, специфичные к TCP, LPS или субъединице B холерного токсина, коррелируют с защитой от последующей инфекции и болезни 35 .

Полевые испытания вакцины обеспечивают контролируемую оценку устойчивости адаптивных иммунных ответов к В.холера . В крупнейшем контролируемом исследовании 62 285 участников в Бангладеш были рандомизированы для получения 3 пероральных доз (с интервалом в 6 недель) комбинации убитых целых клеток (Эль Тор и классические) плюс субъединица B холерного токсина (вакцина B – WC), цельноклеточный компонент без B-субъединицы (вакцина WC) или убитый Escherichia coli K12 в качестве контроля. Через 3 года наблюдения две вакцины (B – WC и WC) имели 50% и 52% защитную эффективность, соответственно 50 . Для детей младше 5 лет эффективность составила 23–26%.Через 6 месяцев наблюдения вакцина B – WC дала 85% защиту 51 . Ведутся споры о том, демонстрируют ли эти данные эффективность, достаточную для широкомасштабного распространения. В настоящее время предпринимаются усилия по созданию новых вакцин для обеспечения более высоких и устойчивых ответов у реципиентов, а также для снижения производственных затрат с целью преодоления как иммунологических, так и производственных препятствий, которые ограничивают применимость существующих вакцин против холеры 52–55 .

Роль, которую коллективный иммунитет играет в замедлении передачи холеры, недавно стала оценена.При испытаниях эффективности вакцины отдельные пациенты рандомизируются, чтобы гарантировать, что защитная эффективность отражает только прямой эффект вакцины 56 . Это означает, что при лицензировании вакцин не учитываются их преимущества на уровне населения. Обсуждаемое выше испытание вакцины B – WC имело уровень охвата от 4% до 65% в разных регионах 50,57 . Когда уровни заболеваемости холерой сравнивались с показателями охвата вакцинацией в конкретных регионах, было обнаружено, что заболеваемость среди реципиентов плацебо обратно коррелировала с уровнем охвата прививками 57 : там, где охват был высоким, даже среди тех, кто этого не сделал. Получившие вакцину, вероятность заболеть холерой по-прежнему на четверть ниже, чем у невакцинированных лиц в районах с низким охватом.Когда коллективный иммунитет включен в имитационные модели эффективности вакцины, охват вакцинацией B – WC 50% в эндемичных районах приводит к снижению общего числа случаев на 93% 58 . Взятые вместе, эти исследования доказывают, что вакцина B – WC может обеспечить достаточную защиту для широкомасштабной вакцинации в эндемичных регионах и что коллективный иммунитет, вероятно, будет играть важную роль в ограничении передачи холеры.

Передача с точки зрения хозяина

Несколько групп создали математические модели, использующие точки зрения как хозяина, так и патогена, чтобы помочь объяснить и предсказать природу вспышек холеры.Цель большинства этих моделей — точно отразить резкий рост и снижение заболеваемости холерой, которое наблюдается два раза в год в регионах вокруг Бенгальского залива. Модель была построена для включения показателей передачи, фактора сезонных колебаний и расчета количества восприимчивых людей на основе различного защитного иммунитета от прошлой инфекции 59–61 . Эти идеи были основаны на проверке гипотез о том, что высокое соотношение бессимптомных и симптоматических случаев связано с разрешением вспышки и что короткий интервал защитного иммунитета (2–12 недель) после заражения допускает последующие вспышки, которые наблюдаются в Бангладеш 62 .Результаты показывают, что сочетание многих бессимптомных случаев и недолговечного иммунитета, а не молчаливых шеддера , дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. Модель имеет ограничения: она предполагает соотношение бессимптомных и симптоматических случаев, которое намного выше, чем те, которые наблюдались в последние годы, и она была протестирована с использованием показателей смертности, которые связаны с клинически определенной холерой из Западной Бенгалии между 1891 и 1940 годами — эпохой до открытия. ротавируса и энтеротоксигенного E.coli , которые являются смешивающими факторами. Несмотря на свои недостатки, эти модели улучшают наше понимание сложной динамики вспышек и показывают, насколько мощной может быть реакция хозяина в ограничении передачи. Новые модели передачи холеры должны по-прежнему включать факторы сезонных колебаний, соотношение бессимптомных и симптоматических случаев и темпы снижения защитного иммунитета.

Возбудитель

Инфекционные дозы на животных моделях

Заражение человека-хозяина — многоступенчатый процесс: V.cholerae необходимо принимать внутрь в дозе, достаточной для преодоления врожденной иммунной защиты, затем экспрессии факторов вирулентности для колонизации тонкой кишки и, наконец, для координации выхода из организма хозяина для облегчения передачи 63 (). Животные модели холеры в значительной степени являются показателями успеха первых двух стадий 64 . Используя модель инфекции у новорожденных мышей, было показано, что V. cholerae , которые выделяются с рисовым водяным стулом человека, находятся в гиперинфекционном состоянии, демонстрируя ID 50 из 10–100 клеток по сравнению с примерно 500 клетками для В.cholerae , выращенный in vitro 65–67 . Гиперинфекция также была задокументирована у Citrobacter rodentium 68 , а гиперинфекционный V. cholerae может быть воспроизведен при прохождении через мышиную модель инфекции 68,69 . Определение и фенотип гиперинфективности противоречивы из-за сложностей при выборе наиболее подходящих условий культивирования для роста контрольного штамма.

Жизненный цикл патогенного Vibrio cholerae

Токсигенные штаммы Vibrio cholerae сохраняются в водной среде наряду с нетоксигенными штаммами, чему способствует образование биопленок на биологических поверхностях и использование хитина в качестве источника углерода и азота.При попадании в организм этих адаптированных к водной среде бактерий с зараженной пищей или водой токсигенные штаммы колонизируют тонкий кишечник, размножаются, выделяют токсин холеры и возвращаются в окружающую среду хозяином при секреторной диарее. Патогенные микроорганизмы, выделяемые калом, находятся в преходящем гиперинфекционном состоянии, которое способствует усилению вспышки за счет передачи последующим хозяевам.

Молекулярные механизмы, которые способствуют гиперинфективности у V. cholerae , многофакторны.Исследования на микроматрицах показали, что глобальный профиль транскрипции гиперинфекционных V. cholerae из рисового водяного стула отличается от такового для V. cholerae , выращенных in vitro или верхних отделов тонкой кишки V. cholerae , изгнанных в рвотные массы 65, 70,71 (). Большинство известных генов вирулентности, включая гены холерного токсина и TCP, подавляются в стуле из рисовой воды, но механизм этого подавления остается неизвестным. Еще одна уникальная особенность — подавление генов хемотаксиса, что удивительно, учитывая, что планктонные вибрионы, выделяемые пациентами, являются жгутиками и очень подвижны.Было показано, что это подавление хемотаксиса является одним из компонентов гиперинфективности, потому что подвижные, но не хемотаксирующие мутанты V. cholerae являются гиперинфекционными 66,72,73 .

Vibrio cholerae паттерны экспрессии гена на разных стадиях жизненного цикла

При проглатывании (нижняя правая панель) Vibrio cholerae использует подвижность и муциназы для проникновения через слизистый гель и N -ацетилглюкозамин-связывающий белок A ( GbpA) и другие факторы колонизации эпителия тонкой кишки.Существенные изменения в экспрессии генов сопровождают этот переход от пруда к острой инфекции, включая, помимо прочего, индукцию vieA, которая кодирует фосфодиэстеразу, которая гидролизует второй мессенджер циклического ди-GMP, и гены, регулируемые ToxR, включая гены холерного токсина и самоагрегирующиеся пилусы, регулируемые токсинами (TCP). Кроме того, репрессируются несколько генов, например, гены хитин-связывающего маннозу-чувствительного гемагглютинина пилуса (MSHA) и стрессового сигма-фактора RpoS.На поздней стадии инфекции (нижняя левая панель) V. cholerae снова изменяет экспрессию своего гена, чтобы отделиться от эпителия — «реакция бегства» — и подготовиться к передаче другому хозяину (например, распространение в домашних условиях). ) или попадание в водную среду. Изменения на поздней стадии включают индукцию генов синтеза c-di-GMP (дигуанилилциклазы), систем поглощения питательных веществ (таких как регулон регуляции поглощения железа (Fur)) и подвижности (Fla), а также репрессию таких генов, как для хемотаксиса (Che) и регулона ToxR.Возникающее в результате состояние «подвижное, но не хемотаксическое» способствует гиперинфективности. Если бактерии, выделяющиеся со стулом, не попадают в организм другого хозяина в течение короткого периода времени, то их ждет одна из двух судьб (верхняя панель): укоренение в водной среде путем нахождения подходящих источников питательных веществ, таких как хитин, или распад в « активную среду ». но некультивируемое состояние. При воздействии хитина V. cholerae индуцирует несколько генов, участвующих в присоединении и катаболизме хитина (регулон ChiS), а также гены, участвующие в генетической компетентности (регулон TfoX).Образование биопленок на поверхности опосредуется индукцией регулона Vps, который кодирует внеклеточный полисахарид. Во время перехода в активное, но не культивируемое состояние происходят большие изменения в экспрессии генов, поскольку V. cholerae пытается адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ. К ним относятся индукция генов фосфатного и азотного голодания (phoB и glnB-1 соответственно) и репрессия генов трансляционного аппарата.

Транскриптом V. cholerae , который пассируется от животных, также уникален и был выявлен в двух недавних исследованиях.Во-первых, существует скоординированная «реакция бегства», которая позволяет организму отделяться от ворсинок кишечника, готовясь к выходу из организма хозяина; это регулируется стрессом и стационарной фазой сигма-фактора РНК-полимеразы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не требуются для инфекции, но важны для выживания при переходе в водную среду 75 . Эта предварительная индукция генов выживания в окружающей среде на поздних этапах инфекции может подготовить организм к жесткому селективному давлению в воде пруда, тем самым облегчая передачу 24,65 .В большинстве описанных выше исследований бактериальные клетки, составлявшие инфекционную дозу, были планктонными клетками, а не агрегатами. Было проведено одно исследование с участием добровольцев, в котором добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (т. Е. Агрегативной и продуцирующей экзополисахариды); инфекционная доза была аналогична дозе, наблюдаемой для планктонных форм, а морщинистые формы выделялись добровольцами 76 . Кроме того, люди выделяют V. cholerae в виде сложных биопленко-подобных агрегатов 67,77,78 .Идентификатор 50 V. cholerae выделяется в совокупности, и роль, которую эти совокупности играют в передаче, еще предстоит определить.

Инфекционная доза у людей

Инфекционная доза V. cholerae у людей сильно варьируется в зависимости от бактериального штамма и хозяина. Дозы 10 8 –10 11 клеток требовались для обеспечения последовательной колонизации у здоровых североамериканских добровольцев 7,29,31 . Инфекционная доза снижается до 10 4 –10 8 при использовании бикарбонатного буфера для нейтрализации желудочной кислоты незадолго до инокуляции; этот метод дает 90% случаев заражения 7,29,31 .В домашнем хозяйстве пища может действовать как кислотный буфер; В исследованиях на добровольцах введение бактерии как часть «еды» из риса, рыбы, заварного крема и обезжиренного молока дало результаты, сравнимые с результатами, наблюдаемыми при одновременном введении бактерий и бикарбоната 79 . В эндемичных условиях инфекционная доза неизвестна. Подсчет V. cholerae в образцах домашнего хозяйства и окружающей среды исторически сложен, требует быстрого реагирования и использования флуоресцентной микроскопии для подсчета тех бактерий, культивирование которых может оказаться затруднительным. 80 .

Клиническое наблюдение, что буферная кислота желудочного сока снижает инфекционную дозу, предполагает, что бактериальные гены, участвующие в кислотной устойчивости, могут способствовать вирулентности. Сигнатурный мутагенез (STM) был использован для поиска подмножества генов вирулентности, которые вносят вклад в кислотостойкость in vitro 81 . Удаление этих генов ослабило V. cholerae в модели инфекции у новорожденных мышей, что подтверждает их роль в вирулентности. Кроме того, обнажая В. дикого типа.cholerae к кислоте непосредственно перед инокуляцией мышей давало большое конкурентное преимущество перед неадаптированными к кислоте бактериями 82 . Эти данные, наряду с другими, демонстрируют, что бактерии, выращенные in vitro , могут стать более заразными в результате воздействия стресса. Кроме того, эти результаты могут иметь клиническое значение в тех регионах мира, где распространено пониженное производство кислоты в желудке (ахлоргидрия), вторичное по отношению к инфекции Helicobacter pylori, например, Бангладеш 7 .

Передача с точки зрения патогена

Роль, которую гиперинфекция играет в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки, остается непроверенной. V. cholerae остается гиперинфекционным в течение как минимум 5 часов после попадания от пациентов в водную среду, что позволяет предположить, что гиперинфекция играет особую роль в передаче инфекции в местах с высокой плотностью населения, где существует вероятность контакта с организмом другого человека. в относительно короткие сроки 65,70 .Одна из моделей передачи холеры предполагает, что вспышка начинается, когда либо уже инфицированный индексный случай мигрирует и заражает новую территорию, либо V. cholerae , потребляемая из естественного водоема окружающей среды, создает новый индексный случай у постоянного населения. В обоих сценариях возможно ускорение вспышки в результате быстрого распространения гиперинфекционного вируса V. cholerae от человека к человеку при кратковременном нахождении в окружающей среде.Модели передачи, допускающие только стохастическое поступление V. cholerae из окружающей среды, не предсказывают резкого роста числа случаев, которые наблюдаются в начале вспышек по всему миру, включая те, которые происходят раз в два года в Бангладеш 11 . Однако модели, которые включают гиперинфективность 83 , лучше отражают этот резкий подъем.

Поддержание передачи через водные резервуары

Эндемичная холера встречается в регионах с естественными водными резервуарами токсигенных и нетоксигенных V.cholerae , где бактерии могут сохраняться либо в свободноживущем состоянии, либо в ассоциации с фитопланктоном 84–86 , зоопланткон 85–88 или биотическим и абиотическим детритом 89,90 . Эти взаимодействия могут быть как полезными, так и антагонистическими 91,92 . Ассоциации вообще не случайны. Например, V. cholerae развил механизмы для присоединения, разложения и использования хитина в качестве источника углерода и азота 93–95 ().Для экологических изолятов методы ДНК-типирования, основанные на секвенировании гипервариабельных локусов повторов короткой последовательности, начали лучше определять взаимосвязь между нетоксигенными и токсигенными V. cholerae . Было обнаружено, что два сельских региона, разделенных 80 км в дельте реки Ганг, содержат отдельные, разнообразные штаммы из экологических и клинических условий 96 . Экологические изоляты состояли как из токсигенных, так и из нетоксигенных штаммов O1 El Tor и O139 на фоне нетоксигенных штаммов, представляющих многие серогруппы.Напротив, клинические изоляты были строго токсигенными O1 El Tor и O139, но относились к разным типам штаммов. Эти результаты демонстрируют, что в организме хозяина токсигенные штаммы обладают селективным преимуществом перед нетоксигенными штаммами из окружающей среды. Взаимосвязь между экологическими и клиническими штаммами может быть разной в других регионах мира и, вероятно, будет варьироваться в зависимости от окружающей среды, санитарии, инфраструктуры и плотности населения.

Селективное давление в водной среде

Некоторые бактериальные патогены, в том числе В.cholerae , теряют способность культивироваться на стандартных средах после переноса от хозяина или лаборатории в водную среду 24,97 . Этот фенотип традиционно был известен как состояние «жизнеспособное, но не культивируемое» (VBNC), поскольку клетки сохраняют способность к основным метаболическим процессам, таким как синтез белка, дыхание и поддержание целостности мембран, несмотря на их неспособность культивироваться 24 . Альтернативный, более консервативный термин, который применяется к этому состоянию, — «активный, но не культивируемый» (ABNC), поскольку остается неясным, живы ли еще бактерии, утратившие культивирование на стандартных средах 98 .

V. cholerae может быстро превратиться в ABNC, когда покидает человека-хозяина и попадает в водную среду. Исследования с участием пациента и in vitro , полученного V. cholerae , которые подвергались диализу в прудовой воде, продемонстрировали снижение культивирования на 60% и 90% через 5 часов и 24 часа соответственно 65 . Анализ микроматрицы продемонстрировал быстрые и разительные изменения транскрипции, когда бактерии входили в состояние ABNC 65 . Эти изменения включали индукцию генов поглощения фосфатов и фиксированного азота и подавление генов синтеза белка и энергетического метаболизма, что согласуется с низкими уровнями источников углерода, фосфата и фиксированного азота, которые часто встречаются в водной среде.Остается проверить, будет ли включение твердых частиц, которые были отфильтрованы из воды пруда в вышеупомянутом исследовании, продлить культивирование V. cholerae . При таком быстром снижении способности к культивированию исследователи задались вопросом, является ли большинство клеток V. cholerae , заражающих людей из окружающей среды, ABNC или культивируемыми клетками. Одна из гипотез гласит, что если культивируемые клетки более заразны, чем клетки ABNC, то ID 50 , рассчитанный по общему количеству клеток, будет увеличиваться по мере уменьшения процента культивируемых клеток в популяции.Это было подтверждено в недавних экспериментах, предполагающих, что основными факторами инфицирования человека, вероятно, являются культивируемые клеток V. cholerae 65 . В будущих математических моделях передачи V. cholerae должна быть учтена возможность уменьшения скорости культивирования.

V. cholerae литический бактериофаг

Биология вибриофагов

Восемьдесят лет назад было предложено, чтобы бактериофаги могли контролировать естественные популяции патогенов 99,100 .Более поздние исследования в области морской микробиологии выявили элегантный баланс между бактериофагами и их цианобактериальной добычей 101 . С клинической точки зрения бактериофаги в принципе могут использоваться для профилактики или лечения инфекций. Действительно, документально подтверждена «фаговая терапия» против холеры и других заболеваний (ВСТАВКА 2). Существует не менее 200 видов бактериофагов, которые инфицируют V. cholerae , известных как вибриофаги 102,103 . Нитевидный лизогенный вибриофаг CTXΦ является одним из наиболее охарактеризованных, поскольку он несет гены, кодирующие токсин холеры 22 .Первым секвенированным геномом хвостатого вибриофага был геном κ139; этот вибриофаг может быть как лизогенным, так и литическим. Основным механизмом, с помощью которого V. cholerae O1 становится устойчивым к κ139 и многим другим вибриофагам, является мутация кластера генов rfb , который кодирует ферменты для синтеза LPS 104 . В отсутствие рецептора антигена LPS O вибриофаг не может связываться или инфицировать бактериальную клетку. Все протестированные на сегодняшний день мутанты rfb -null V. cholerae O1 являются аттенуированными 65,67,105 .

Ящик 2 | Исследование бактериофагов

В 1915–1917 годах Twort 114 и d’Hérelle 115 независимо друг от друга открыли бактериофаги. Д’Эрелль определил, что бактериальная инфекция на животных моделях может быть ослаблена бактериофагами, и в 1925 году состояние пациентов с бубонной чумой улучшилось после того, как д’Эрелль ввел бактериофаги непосредственно в их бубоны (увеличенные лимфатические узлы) 116 . Эти открытия привели к исследованию бактериофагов, в задачу которого входило изучение терапии бактериофагом холеры в Индии 116 .Их первое испытание терапии сравнивало 244 нелеченных пациента с холерой с 219 пациентами с холерой, которых лечили вибриофагами; в нелеченой группе смертность составила 20%, тогда как в обработанной группе — 6,8% (χ 2 , p <0,01). Другие исследования показали аналогичные результаты 5,116,117 . Несмотря на некоторые ограничения, характерные для той эпохи, расследование добилось достаточного успеха, чтобы расширить свои усилия 5 .

За 1928, 1929 и 1934 годы сотрудники по расследованию подготовили и распространили 36 000, 130 823 и 871 316 доз вибриофагов в то время, когда начались вспышки в конкретных исследуемых сообществах в Индии 116 .Вибриофаги также распространялись в общественных источниках питьевой воды для профилактики. Смертность от холеры сравнивалась с контрольными сообществами до и после вмешательств. Трехлетний коэффициент смертности от холеры снизился с 30 до 2 на 10 000 в регионах, которые лечились вибриофагами 117 . Хотя эти исследования имели несколько ограничений, они предоставляют единственные доступные данные об эффективности терапии вибриофагами. Достижения в области регидратации и антибиотикотерапии в 1930-х и 1940-х годах сделали испытания бактериофагов, основанные на конечных точках смертности, неэтичными и статистически сложными 116,118 .

Вибриофаги в окружающей среде

В 1930-х годах было обнаружено, что случаи холеры положительно коррелировали с изоляцией вибриофагов в водной среде 106 . В наше время была описана отсроченная положительная согласованность между ростом числа случаев холеры и последующим ростом вибриофагов в окружающей среде 107 . Модель, разработанная Jensen et al. предсказывает, что если вспышка будет инициирована увеличением В.cholerae в окружающей среде, плотность вибриофагов впоследствии будет увеличиваться, что в конечном итоге будет способствовать сокращению вспышки 108 . В Международном центре исследований диарейных заболеваний в Бангладеш (ICDDRB) рост случаев холеры был связан с согласованным, но отсроченным увеличением доли больных холерой с вибриофагами в стуле 109 . Вибриофаги, идентифицированные в этом исследовании, были литическими вибриофагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов вибриофагов 107 .Титры вибриофагов в стуле из рисовой воды варьировались от 10 2 до 10 8 бляшкообразующих единиц на миллилитр, что согласуется с другими публикациями 65,67 . Несмотря на присутствие литических вибриофагов, все стула были положительными на V. cholerae и V. cholerae , как правило, по количеству вибриофагов, по крайней мере, на один порядок. Последующие исследования показали, что большинство бактериальных изолятов из стула все еще чувствительны к вибриофагам 65,67 .Пока неясно, почему вибриофаги в кишечнике человека не могут избавиться от инфекции V. cholerae , но эта «неудача» может играть важную роль в распространении клональной экспансии фагов во время вспышек 109 .

Передача с точки зрения вибриофага

Современные эксперименты начали проверять гипотезу о том, что фаги могут ослаблять передачу бактерий. Например, тесты подвижности с использованием микроскопии в темном поле были использованы для быстрого скрининга стула из рисовой воды на наличие вибриофагов; стул, который был отрицательным в темном поле (не содержал подвижных вибрионов), с большей вероятностью содержал литические вибриофаги и имел низкое количество культивируемых клеток, но схожее общее количество клеток 77 .С помощью этого косвенного измерения для фагов было обнаружено, что по крайней мере половина пациентов с холерой, которые наблюдались в течение 5-летнего периода в ICDDRB, имели вибриофаги, а домашние контакты инфицированного пациента с положительным индексом вибриофага были менее вероятны. с V. cholerae , чем люди, которые контактировали с пациентом, который не был фагоположительным 77 . Эти результаты согласуются с выводом о десятикратном снижении инфекционной дозы В.cholerae , когда в стуле хозяина есть вибриофаги 67 .

V. cholerae обычно превосходит литические бактериофаги сразу после пассажа от хозяина 65 , 67 . В лабораторных экспериментах с использованием стула из рисовой воды, выращенного человеком, бактериофаги имеют начальный всплеск репликации в течение первых нескольких часов в водной среде и могут достигать отношения бактериофагов к бактериям примерно 1: 1 за 24 часа 65,67 .Хотя гиперинфекция может сохраняться в течение нескольких часов после пассажа от хозяина 65,70 , потеря культивирования (обсуждалось выше) и рост бактериофагов в водной среде, вероятно, объединяются, чтобы блокировать передачу 65 . Контрольные эксперименты с , полученным in vitro , V. cholerae и бактериофагами подтверждают, что бактериофаги могут ограничивать бремя инфекции 65,67 . Однако бактериофаги никогда не могут полностью блокировать инфекцию, потому что мутанты V.cholerae , у которых отсутствует зрелый ЛПС, избегают хищничества и колонизируют мышей, хотя и в меньшем количестве. Как уже упоминалось, мутанты LPS ослаблены и могут быть потеряны в естественном жизненном цикле V. cholerae 65,67,105 .

Таким образом, динамическое взаимодействие между бактериофагом и бактерией в воде пруда предполагает, что модель передачи холеры должна включать в себя меру быстрого снижения способности бактерий к культивированию и уничтожения бактериофагами. В закрытой экспериментальной системе передача В.cholerae можно свести к минимуму, если эти два фактора сочетаются в водной среде. Следовательно, вероятно, будет преимущество пригодности для V. cholerae , которое быстро перейдет к следующему хозяину, когда культивируемость все еще высока, а концентрация бактериофагов все еще низкая. В этом обзоре упоминалось несколько моделей, которые предлагают разные объяснения роста и спада вспышек с точки зрения хозяина (клинический спектр и коллективный иммунитет), бактерии (гиперинфекция) и бактериофага (хищничество).Мы объединили несколько опубликованных моделей в одну рабочую диаграмму, чтобы побудить задуматься о том, как эти факторы могут взаимодействовать в естественной среде (). Лучшее понимание того, как функционирует интегрированная модель, может раскрыть возможности для вмешательств в области общественного здравоохранения.

Комбинированная модель передачи холеры с точки зрения хозяина и микроорганизмов

Общая популяция (H) питает пул восприимчивых хозяев (S), которые становятся инфекционными (I) после употребления Vibrio cholerae из окружающей среды. источник, с литическими бактериофагами или без них (Φ).Инфицированные люди имеют симптомы (I symp ) или бессимптомны (I asymp ) и выздоравливают (R) благодаря действиям своей иммунной системы и, возможно, литических бактериофагов, или погибают от инфекции (m). Выздоровевшие люди будут повторно попадать в пул восприимчивых с разной скоростью (//) в зависимости от степени защитного иммунитета. Литические фаги и гиперинфекционные V. cholerae (VC Hi ) выделяются симптоматическим хозяином в различных концентрациях; бессимптомные хозяева выделяют гораздо меньше бактерий (пунктирная линия).Клетки VC Hi быстро переходят к следующему хозяину, сохраняются в окружающей среде в виде культивируемых клеток с неизвестной инфекционностью (VC C ) или распадаются в «активное, но не культивируемое» состояние (VC ABNC ) с пониженной инфекционностью. Все три типа клеток плюс совокупные бактерии (не показаны), вероятно, играют смешанную роль в качестве резервуаров окружающей среды для будущих вспышек.

Заключительные замечания

Модель передачи, которая точно предсказывает масштабы возникающей вспышки, предоставит органам общественного здравоохранения полезную информацию для надлежащего масштабирования их ответных мер.Вмешательства, нацеленные на жизненно важные этапы передачи, могут быть эффективными для предотвращения вспышек. Иммунитет хозяина, гиперинфекция патогенов и фаги — все это факторы, которые можно использовать для борьбы со вспышкой. Например, централизованные центры управления отходами часто терпят неудачу в условиях нехватки ресурсов. Поскольку пациенты с симптомами выделяют более V. cholerae , а V. cholerae в стуле из рисовой воды является гиперинфекционным, вспышки холеры лучше всего остановить у источника, уменьшив воздействие на человека свежевыпущенного гиперинфекционного стула.Другими словами, при сохранении централизованного управления следует поощрять и проверять децентрализованные усилия по целевому управлению отходами в единице домашнего хозяйства. Эта концепция подчеркивает решающую важность уже проверенных, но простых мероприятий в домашних условиях, таких как использование кувшинов с узким горлышком, хлорирование хранящейся воды и мытье рук, для профилактики заболеваний 110,111 .

Еще многое предстоит узнать об эффективности вакцины в естественных условиях холеры.Отказ от традиционных мер оценки эффективности вакцин путем включения преимуществ коллективного иммунитета продолжит раскрывать истинное влияние как существующих вакцин, так и вакцин, находящихся в разработке. Кроме того, понимание воздействия хищничества бактериофагов и того, как вакцины снижают пул восприимчивости до такой степени, что передача не может продолжаться, являются важными областями для будущих исследований. Ответы на многие вопросы, поставленные в этом обзоре, имеют решающее значение для стран с ограниченными ресурсами, таких как Зимбабве, для оптимизации использования ограниченных запасов вакцины и борьбы с пагубными последствиями неудовлетворительной санитарии.

хозяин, патоген и бактериофаг динамика

Abstract

Зимбабве представляет собой самый последний пример трагедии, которая постигает страну и ее народ, когда поражает холера. Вспышка 2008–2009 гг. Быстро распространилась по каждой провинции и привела к уровню смертности, аналогичному тем, которые наблюдались в результате инфекций холеры сто лет назад. В этом обзоре мы выделяем достижения, которые помогут понять, как взаимодействия между хозяином, бактериальным патогеном и литическим бактериофагом могут способствовать возникновению и подавлению вспышек холеры в эндемичных условиях и в развивающихся эпидемических регионах, таких как Зимбабве.

Диарейные заболевания, включая холеру, являются ведущей причиной заболеваемости и второй по частоте причиной смерти среди детей в возрасте до 5 лет во всем мире 1,2 . Трудно определить точную заболеваемость и смертность от холеры, поскольку системы эпиднадзора во многих развивающихся странах находятся в зачаточном состоянии, а многие страны не решаются сообщать о случаях холеры в ВОЗ из-за потенциального негативного экономического воздействия этой болезни на торговлю и туризм. Сегодня реальное бремя холеры оценивается в несколько миллионов случаев в год, преимущественно в Азии и Африке 3 .При оптимальной доставке пероральная регидратационная терапия может снизить уровень летальности с> 20%, наблюдавшихся в прошлом 4–6 до <1% 7 . Еще предстоит проделать большую работу, поскольку 27 стран сообщили о показателях летальности, превышающих пороговое значение в 1% в 2007 году (REF. 8).

Возбудитель холеры, грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae, является факультативным патогеном, жизненный цикл которого имеет как человеческую, так и экологическую стадию 9,10 . V. cholerae дифференцируется серологически на основе антигена O его липополисахарида (ЛПС) (). Штаммы, продуцирующие токсин холеры ( токсигенных ), серогрупп O1 и O139 вызывают подавляющее большинство заболеваний. Серогруппа O1 подразделяется на два фенотипически различных биотипа , Эль-Тор и классический, второй из которых связан с более ранними пандемиями. Оба биотипа могут быть далее подразделены на два серотипа, Инаба и Огава 7 . За последние 20 лет Эль Тор заменил классический биотип 11 ; однако наследие классического биотипа сохраняется, поскольку появились штаммы Эль-Тор, содержащие токсин классической холеры 12–14 .Серогруппа O139 впервые появилась в 1992 г. в результате мультигенной замены в кодирующей O антиген-кодирующей области штамма-предшественника O1 El Tor 15 . Хотя серогруппа O139 вызвала разрушительные вспышки в 1990-х годах, штамм Эль Тор остается доминирующим штаммом во всем мире 11,16,17 .

Филогенетическое родство штаммов Vibrio cholerae

На основании антигенности компонента O-антигена липополисахарида внешней мембраны в водной среде существует более 200 серогрупп (O1 – O200) Vibrio cholerae .Только подмножество штаммов серогрупп O1 и O139 являются токсигенными (Tox + ) и, следовательно, способны вызывать холеру при приеме внутрь; такие штаммы отбираются у хозяина. Другие штаммы нетоксигены (Tox ) и отбираются против них. Различные типы О-антигена обозначены цветом внешней мембраны и покрытого оболочкой жгутика (периплазматическое пространство и внутренняя мембрана не показаны). Капсулы присутствуют в подмножестве штаммов. Генотипы разных штаммов обозначены цветом цитоплазмы; обратите внимание, что Tox + O1 и O139 имеют по существу один и тот же генотип, за исключением генов O-антигена.

Патофизиология холеры описана в обширной литературе. Короче говоря, патогенные штаммы несут в себе ключевые факторы вирулентности, которые включают холерный токсин 18 и ко-регулируемый токсин (TCP) 19,20 , самосвязывающийся пилус, который связывает бактериальные клетки вместе 21 , возможно, чтобы противостоять силам сдвига. в тонком кишечнике хозяина. Токсин холеры представляет собой секретируемый токсин субъединицы AB 5 . Пентамер субъединицы B связывает моносиалотетрагексозилганглиозиды на абсорбирующих эпителиальных клетках, вызывая эндоцитоз ферментативной субъединицы A, после чего он рибозилирует АДФ субъединицу G-белка, который контролирует активность аденилилциклазы.Хотя вирулентность является многофакторной, холерный токсин является ключевым фактором, ответственным за обильную секреторную диарею, которая возникает у инфицированных людей. Трансмиссивные элементы, такие как лизогенный бактериофаг , несущий гены токсина холеры 22 и элемент SXT, несущий гены устойчивости к антибиотикам 23 , будут продолжать определять эволюцию V. cholerae .

Биологические факторы и факторы окружающей среды, которые способствуют динамике вспышек холеры, продолжают оставаться предметом интенсивных исследований.Было опубликовано несколько обзорных статей, посвященных важности экологических факторов в распространении вспышек холеры. 24–26 . В этом обзоре мы сосредоточимся скорее на трех биологических факторах, которые, как считается, играют важную роль в возникновении и формировании вспышек холеры: восприимчивость хозяина, вирулентность V. cholerae и литические бактериофаги. Ниже мы обсудим эту троицу факторов, связанных с динамическим характером вспышек холеры.

Человек-хозяин

Клинический спектр

В.cholerae инфекция

Инфекция V. cholerae вызывает клинический спектр, который варьируется от бессимптомной колонизации до холеры, наиболее тяжелой формы болезни (). После приема внутрь зараженной пищи или воды V. cholerae колонизирует тонкий кишечник в течение 12–72 часов до появления симптомов. Холера часто начинается с желудочных спазмов и рвоты, за которыми следует диарея, которая может прогрессировать до потери жидкости до 1 литра в час 27 .Эти потери приводят к серьезному истощению объема жидкости и метаболическому ацидозу, что может привести к сосудистому коллапсу и смерти 7 . Стул с рисовой водой обычно содержит от 10 10 до 10 12 вибрионов на литр. Пациенты с симптомами могут выделять вибрионы до начала болезни 28,29 и будут продолжать выделять организмы в течение 1-2 недель 30,31 . Бессимптомные пациенты обычно выделяют вибрионы со стулом только в течение 1 дня, примерно 10 3 вибрионов на грамм стула 32 .Следовательно, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которое выделяется для последующей передачи.

Таблица 1

Клинический спектр инфекции Vibrio cholerae

Симптомы 8
Бессимптомная инфекция Легкая инфекция Тяжелая инфекция
Рвота и обильная диарея
Обезвоживание Нет От легкой до легкой От средней до тяжелой (гиповолемический шок)
Характеристики стула 58 Нормальный жидкий стул 58 Нормальный
Вибрионов на грамм стула До 10 5 До 10 8 10 7 до 10 9 в стуле (и рвотных массах)
Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) ПРС, внутривенные жидкости и антибиотики
Смертность Нет Нет Без лечения: до 50% Вылечено: менее 1%
из случаев с симптомами варьируется в зависимости от возраста и эндемичности заболевания.В эндемичных условиях, таких как дельта реки Ганг, дети с большей вероятностью будут госпитализированы с тяжелым заболеванием 33 . За последние 20 лет преобладание тяжелых случаев переместилось на детей младшего возраста, с пиком тяжелых случаев в возрасте 2 лет 34 . Напротив, при эпидемических моделях передачи, например, когда V. cholerae вводится в иммунологически неинфицированную популяцию, все возрастные группы кажутся одинаково восприимчивыми к симптоматической инфекции 16,35–37 .

Бессимптомные случаи также могут способствовать распространению микроорганизма, хотя и на гораздо более низком уровне, чем пациенты с симптомами, и могут отражать важный компонент приобретенного иммунитета, который наблюдается в некоторых сообществах. Однако бессимптомные случаи часто трудно задокументировать. Четырехкратное повышение титра вибриоцидного антитела в сыворотке крови является полезной мерой для выявления бессимптомных людей, которые могут быть инфицированы, но от которых невозможно изолировать организм.Используя положительный результат посева из ректального мазка или ответ на вибриоцидные антитела для определения инфекции, недавно было обнаружено, что у бангладешских детей в возрасте до 5 лет вероятность появления симптомов в 2–3 раза выше, чем у детей старше 5 лет 35 . Частота симптомов во всех возрастных группах в этом исследовании составила 57% 35 . Это соответствует показателям симптоматических инфекций, которые были обнаружены в связи с классическими штаммами в более ранней литературе 32,38–40 , но намного выше показателей, зарегистрированных для инфекций Эль-Тор в 1970-е годы 40 .Таким образом, бессимптомные случаи могут составлять примерно половину всех случаев. Будущие исследования иммунологии бессимптомных пациентов помогут оценить их вклад в защитный иммунитет на популяционном уровне.

Восприимчивость к холере

Генетические факторы и факторы питания хозяина влияют на восприимчивость к холере. Антигены группы гистокрови ABH представляют собой набор клеточных и секретируемых гликолипидов и гликопротеинов, которые являются ключевыми детерминантами восприимчивости хозяина к ряду желудочно-кишечных патогенов; они, по-видимому, влияют на специфичность рецептора клетки-хозяина в отношении связывания патогенов и токсинов.Фенотип O соответствует немодифицированному антигену H и связан со сниженным риском заражения V. cholerae . Однако, как только хозяин инфицирован, фенотип О ассоциируется с повышенным риском серьезных симптомов; механизм этого остается неизвестным. Распространенность фенотипа O варьируется среди человеческих популяций; его низкая распространенность в дельте реки Ганг предполагает, что существует отбор против этого фенотипа в эндемичной по холере зоне 35,41,42 .В популяциях с высокой распространенностью группы крови O, например в странах Латинской Америки, болезнь протекает тяжелее, и потребности в регидратации и госпитализации инфицированных людей существенно выше 43,44 .

Хотя антиген группы крови H является единственным давно признанным генетическим фактором, связанным с восприимчивостью к холере, другие генетические полиморфизмы, вероятно, были выбраны за или против, учитывая исторически высокие показатели смертности от холеры.Например, недавнее исследование связывало тяжелую холеру с вариантом LPLUNC1 (белок 1, связанный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) 45 , консервативного белка врожденного иммунитета. Экспрессия LPLUNC1 активируется в эпителии тонкой кишки во время острой холеры и может влиять на течение инфекции V. cholerae 46 .

Недоедание, измеряемое по задержке линейного роста, не является фактором риска заражения V. cholerae 35 .Однако дефицит ретинола (витамина А), питательного микроэлемента, который способствует иммунитету слизистых оболочек, является фактором риска, связанным как с инфекцией V. cholerae , так и с развитием симптоматического заболевания 35 . Цинк, еще один питательный микроэлемент, который способствует иммунитету слизистых оболочек, может истощаться во время диарейных заболеваний 47 . Оральный цинк устраняет этот дефицит у детей, что приводит к значительному сокращению объема стула и времени до прекращения диареи 44 .

Защитный иммунитет

Несколько исследований демонстрируют, что клинически очевидная инфекция V. cholerae индуцирует защитный иммунитет против последующей инфекции (ВСТАВКА 1). Заражение североамериканских добровольцев классическим биотипом и биотипом Эль-Тор обеспечивало 100% и 90% защиту соответственно от последующего заражения 31,48 . Аналогичным образом, в эндемических условиях было обнаружено, что более 90% пациентов с тяжелым заболеванием, вызванным инфекцией классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем, на основании наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации в связи со вторым эпизодом холеры в США. это население 33 ; аналогичные результаты были получены в отдельном исследовании 49 .Механизм этого защитного иммунитета против инфекции и болезни V. cholerae неизвестен.

Ящик 1 | Иммунный ответ человека на

Vibrio cholerae

Врожденный ответ

Холера считается прототипом невоспалительной инфекции. Часто отсутствуют грубые изменения слизистой оболочки кишечника или архитектурной целостности тонкой кишки. Однако наблюдается повышенная регуляция провоспалительных цитокинов (включая интерлейкин-1β и фактор некроза опухоли), экспрессии различных бактерицидных белков и миграции нейтрофилов в собственную пластинку во время острой холеры.Естественная вариабельность врожденного иммунного ответа может влиять на восприимчивость, что подтверждается обнаружением того факта, что полиморфизм в промоторной области гена LPLUNC1 (белок 1, связанный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) связан с повышенным риском холеры.

Адаптивный ответ

Неизвестно, как адаптивный иммунный ответ на холеру обеспечивает защиту от последующего заболевания. Поскольку Vibrio cholerae неинвазивен, было высказано предположение, что секреторный иммуноглобулин А кишечника (sIgA) защищает от колонизации слизистой оболочки.Примерно через 8 дней после начала холеры наблюдается пик циркуляции антиген-специфических лимфоцитов V. cholerae , которые экспрессируют хемокиновые рецепторы кишечника (см. Рисунок) 112 . Эти лимфоциты вскоре становятся необнаруживаемыми в крови, поскольку они возвращаются на слизистую оболочку кишечника, где они приводят к увеличению секреции sIgA в кишечнике. Реакции сывороточных антител, такие как реакция вибриоцидных антител, также достигают максимума через 1-3 недели после заражения. Хотя высокие сывороточные титры вибриоцидных антител и IgA, специфичного к холерному токсину, коррелируют с защитой от инфекции, эти антитела снижаются до исходного уровня через год после заражения, задолго до того, как защитный иммунитет против холеры ослабевает.Аналогичным образом, у добровольцев, инфицированных V. cholerae , уровни sIgA слизистой оболочки снижаются до исходного уровня в течение нескольких месяцев. Однако, когда добровольцев, у которых больше нет обнаруживаемых антител, повторно провоцируют антигенов V. cholerae , они демонстрируют стойкую способность вызывать анамнестический иммунный ответ, развивая пиковую кишечную секрецию антител так же быстро, как в течение трех дней. Следовательно, возможно, что скорость анамнестического ответа на повторное воздействие, а не заранее сформированные антитела, может опосредовать защиту от холеры.Это подтверждается недавними данными о том, что холера вызывает ответ В-клеток памяти, который выявляется в течение по крайней мере 1 года после заражения холерой 113 .

Выявлено несколько коррелятов иммунитета. Лучше всего охарактеризованным серологическим маркером иммунитета является титр сывороточных вибриоцидных антител. Это антитело является комплемент-зависимым бактерицидным антителом, титр которого заметно увеличивается после заболевания, но снижается до исходного уровня через 6–9 месяцев 7 . В Бангладеш вибриоцидные антитела выявляются у большинства людей в возрасте 10–15 лет и связаны со снижением риска инфицирования.Поскольку V. cholerae является неинвазивным патогеном, эти сывороточные антитела могут не вносить непосредственный вклад в защиту на уровне слизистой оболочки кишечника, но они могут быть полезны для оценки степени защитного иммунитета на уровне популяции. Антитела иммуноглобулина A, специфичные к TCP, LPS или субъединице B холерного токсина, коррелируют с защитой от последующей инфекции и болезни 35 .

Полевые испытания вакцины обеспечивают контролируемую оценку устойчивости адаптивных иммунных ответов к В.холера . В крупнейшем контролируемом исследовании 62 285 участников в Бангладеш были рандомизированы для получения 3 пероральных доз (с интервалом в 6 недель) комбинации убитых целых клеток (Эль Тор и классические) плюс субъединица B холерного токсина (вакцина B – WC), цельноклеточный компонент без B-субъединицы (вакцина WC) или убитый Escherichia coli K12 в качестве контроля. Через 3 года наблюдения две вакцины (B – WC и WC) имели 50% и 52% защитную эффективность, соответственно 50 . Для детей младше 5 лет эффективность составила 23–26%.Через 6 месяцев наблюдения вакцина B – WC дала 85% защиту 51 . Ведутся споры о том, демонстрируют ли эти данные эффективность, достаточную для широкомасштабного распространения. В настоящее время предпринимаются усилия по созданию новых вакцин для обеспечения более высоких и устойчивых ответов у реципиентов, а также для снижения производственных затрат с целью преодоления как иммунологических, так и производственных препятствий, которые ограничивают применимость существующих вакцин против холеры 52–55 .

Роль, которую коллективный иммунитет играет в замедлении передачи холеры, недавно стала оценена.При испытаниях эффективности вакцины отдельные пациенты рандомизируются, чтобы гарантировать, что защитная эффективность отражает только прямой эффект вакцины 56 . Это означает, что при лицензировании вакцин не учитываются их преимущества на уровне населения. Обсуждаемое выше испытание вакцины B – WC имело уровень охвата от 4% до 65% в разных регионах 50,57 . Когда уровни заболеваемости холерой сравнивались с показателями охвата вакцинацией в конкретных регионах, было обнаружено, что заболеваемость среди реципиентов плацебо обратно коррелировала с уровнем охвата прививками 57 : там, где охват был высоким, даже среди тех, кто этого не сделал. Получившие вакцину, вероятность заболеть холерой по-прежнему на четверть ниже, чем у невакцинированных лиц в районах с низким охватом.Когда коллективный иммунитет включен в имитационные модели эффективности вакцины, охват вакцинацией B – WC 50% в эндемичных районах приводит к снижению общего числа случаев на 93% 58 . Взятые вместе, эти исследования доказывают, что вакцина B – WC может обеспечить достаточную защиту для широкомасштабной вакцинации в эндемичных регионах и что коллективный иммунитет, вероятно, будет играть важную роль в ограничении передачи холеры.

Передача с точки зрения хозяина

Несколько групп создали математические модели, использующие точки зрения как хозяина, так и патогена, чтобы помочь объяснить и предсказать природу вспышек холеры.Цель большинства этих моделей — точно отразить резкий рост и снижение заболеваемости холерой, которое наблюдается два раза в год в регионах вокруг Бенгальского залива. Модель была построена для включения показателей передачи, фактора сезонных колебаний и расчета количества восприимчивых людей на основе различного защитного иммунитета от прошлой инфекции 59–61 . Эти идеи были основаны на проверке гипотез о том, что высокое соотношение бессимптомных и симптоматических случаев связано с разрешением вспышки и что короткий интервал защитного иммунитета (2–12 недель) после заражения допускает последующие вспышки, которые наблюдаются в Бангладеш 62 .Результаты показывают, что сочетание многих бессимптомных случаев и недолговечного иммунитета, а не молчаливых шеддера , дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. Модель имеет ограничения: она предполагает соотношение бессимптомных и симптоматических случаев, которое намного выше, чем те, которые наблюдались в последние годы, и она была протестирована с использованием показателей смертности, которые связаны с клинически определенной холерой из Западной Бенгалии между 1891 и 1940 годами — эпохой до открытия. ротавируса и энтеротоксигенного E.coli , которые являются смешивающими факторами. Несмотря на свои недостатки, эти модели улучшают наше понимание сложной динамики вспышек и показывают, насколько мощной может быть реакция хозяина в ограничении передачи. Новые модели передачи холеры должны по-прежнему включать факторы сезонных колебаний, соотношение бессимптомных и симптоматических случаев и темпы снижения защитного иммунитета.

Возбудитель

Инфекционные дозы на животных моделях

Заражение человека-хозяина — многоступенчатый процесс: V.cholerae необходимо принимать внутрь в дозе, достаточной для преодоления врожденной иммунной защиты, затем экспрессии факторов вирулентности для колонизации тонкой кишки и, наконец, для координации выхода из организма хозяина для облегчения передачи 63 (). Животные модели холеры в значительной степени являются показателями успеха первых двух стадий 64 . Используя модель инфекции у новорожденных мышей, было показано, что V. cholerae , которые выделяются с рисовым водяным стулом человека, находятся в гиперинфекционном состоянии, демонстрируя ID 50 из 10–100 клеток по сравнению с примерно 500 клетками для В.cholerae , выращенный in vitro 65–67 . Гиперинфекция также была задокументирована у Citrobacter rodentium 68 , а гиперинфекционный V. cholerae может быть воспроизведен при прохождении через мышиную модель инфекции 68,69 . Определение и фенотип гиперинфективности противоречивы из-за сложностей при выборе наиболее подходящих условий культивирования для роста контрольного штамма.

Жизненный цикл патогенного Vibrio cholerae

Токсигенные штаммы Vibrio cholerae сохраняются в водной среде наряду с нетоксигенными штаммами, чему способствует образование биопленок на биологических поверхностях и использование хитина в качестве источника углерода и азота.При попадании в организм этих адаптированных к водной среде бактерий с зараженной пищей или водой токсигенные штаммы колонизируют тонкий кишечник, размножаются, выделяют токсин холеры и возвращаются в окружающую среду хозяином при секреторной диарее. Патогенные микроорганизмы, выделяемые калом, находятся в преходящем гиперинфекционном состоянии, которое способствует усилению вспышки за счет передачи последующим хозяевам.

Молекулярные механизмы, которые способствуют гиперинфективности у V. cholerae , многофакторны.Исследования на микроматрицах показали, что глобальный профиль транскрипции гиперинфекционных V. cholerae из рисового водяного стула отличается от такового для V. cholerae , выращенных in vitro или верхних отделов тонкой кишки V. cholerae , изгнанных в рвотные массы 65, 70,71 (). Большинство известных генов вирулентности, включая гены холерного токсина и TCP, подавляются в стуле из рисовой воды, но механизм этого подавления остается неизвестным. Еще одна уникальная особенность — подавление генов хемотаксиса, что удивительно, учитывая, что планктонные вибрионы, выделяемые пациентами, являются жгутиками и очень подвижны.Было показано, что это подавление хемотаксиса является одним из компонентов гиперинфективности, потому что подвижные, но не хемотаксирующие мутанты V. cholerae являются гиперинфекционными 66,72,73 .

Vibrio cholerae паттерны экспрессии гена на разных стадиях жизненного цикла

При проглатывании (нижняя правая панель) Vibrio cholerae использует подвижность и муциназы для проникновения через слизистый гель и N -ацетилглюкозамин-связывающий белок A ( GbpA) и другие факторы колонизации эпителия тонкой кишки.Существенные изменения в экспрессии генов сопровождают этот переход от пруда к острой инфекции, включая, помимо прочего, индукцию vieA, которая кодирует фосфодиэстеразу, которая гидролизует второй мессенджер циклического ди-GMP, и гены, регулируемые ToxR, включая гены холерного токсина и самоагрегирующиеся пилусы, регулируемые токсинами (TCP). Кроме того, репрессируются несколько генов, например, гены хитин-связывающего маннозу-чувствительного гемагглютинина пилуса (MSHA) и стрессового сигма-фактора RpoS.На поздней стадии инфекции (нижняя левая панель) V. cholerae снова изменяет экспрессию своего гена, чтобы отделиться от эпителия — «реакция бегства» — и подготовиться к передаче другому хозяину (например, распространение в домашних условиях). ) или попадание в водную среду. Изменения на поздней стадии включают индукцию генов синтеза c-di-GMP (дигуанилилциклазы), систем поглощения питательных веществ (таких как регулон регуляции поглощения железа (Fur)) и подвижности (Fla), а также репрессию таких генов, как для хемотаксиса (Che) и регулона ToxR.Возникающее в результате состояние «подвижное, но не хемотаксическое» способствует гиперинфективности. Если бактерии, выделяющиеся со стулом, не попадают в организм другого хозяина в течение короткого периода времени, то их ждет одна из двух судьб (верхняя панель): укоренение в водной среде путем нахождения подходящих источников питательных веществ, таких как хитин, или распад в « активную среду ». но некультивируемое состояние. При воздействии хитина V. cholerae индуцирует несколько генов, участвующих в присоединении и катаболизме хитина (регулон ChiS), а также гены, участвующие в генетической компетентности (регулон TfoX).Образование биопленок на поверхности опосредуется индукцией регулона Vps, который кодирует внеклеточный полисахарид. Во время перехода в активное, но не культивируемое состояние происходят большие изменения в экспрессии генов, поскольку V. cholerae пытается адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ. К ним относятся индукция генов фосфатного и азотного голодания (phoB и glnB-1 соответственно) и репрессия генов трансляционного аппарата.

Транскриптом V. cholerae , который пассируется от животных, также уникален и был выявлен в двух недавних исследованиях.Во-первых, существует скоординированная «реакция бегства», которая позволяет организму отделяться от ворсинок кишечника, готовясь к выходу из организма хозяина; это регулируется стрессом и стационарной фазой сигма-фактора РНК-полимеразы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не требуются для инфекции, но важны для выживания при переходе в водную среду 75 . Эта предварительная индукция генов выживания в окружающей среде на поздних этапах инфекции может подготовить организм к жесткому селективному давлению в воде пруда, тем самым облегчая передачу 24,65 .В большинстве описанных выше исследований бактериальные клетки, составлявшие инфекционную дозу, были планктонными клетками, а не агрегатами. Было проведено одно исследование с участием добровольцев, в котором добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (т. Е. Агрегативной и продуцирующей экзополисахариды); инфекционная доза была аналогична дозе, наблюдаемой для планктонных форм, а морщинистые формы выделялись добровольцами 76 . Кроме того, люди выделяют V. cholerae в виде сложных биопленко-подобных агрегатов 67,77,78 .Идентификатор 50 V. cholerae выделяется в совокупности, и роль, которую эти совокупности играют в передаче, еще предстоит определить.

Инфекционная доза у людей

Инфекционная доза V. cholerae у людей сильно варьируется в зависимости от бактериального штамма и хозяина. Дозы 10 8 –10 11 клеток требовались для обеспечения последовательной колонизации у здоровых североамериканских добровольцев 7,29,31 . Инфекционная доза снижается до 10 4 –10 8 при использовании бикарбонатного буфера для нейтрализации желудочной кислоты незадолго до инокуляции; этот метод дает 90% случаев заражения 7,29,31 .В домашнем хозяйстве пища может действовать как кислотный буфер; В исследованиях на добровольцах введение бактерии как часть «еды» из риса, рыбы, заварного крема и обезжиренного молока дало результаты, сравнимые с результатами, наблюдаемыми при одновременном введении бактерий и бикарбоната 79 . В эндемичных условиях инфекционная доза неизвестна. Подсчет V. cholerae в образцах домашнего хозяйства и окружающей среды исторически сложен, требует быстрого реагирования и использования флуоресцентной микроскопии для подсчета тех бактерий, культивирование которых может оказаться затруднительным. 80 .

Клиническое наблюдение, что буферная кислота желудочного сока снижает инфекционную дозу, предполагает, что бактериальные гены, участвующие в кислотной устойчивости, могут способствовать вирулентности. Сигнатурный мутагенез (STM) был использован для поиска подмножества генов вирулентности, которые вносят вклад в кислотостойкость in vitro 81 . Удаление этих генов ослабило V. cholerae в модели инфекции у новорожденных мышей, что подтверждает их роль в вирулентности. Кроме того, обнажая В. дикого типа.cholerae к кислоте непосредственно перед инокуляцией мышей давало большое конкурентное преимущество перед неадаптированными к кислоте бактериями 82 . Эти данные, наряду с другими, демонстрируют, что бактерии, выращенные in vitro , могут стать более заразными в результате воздействия стресса. Кроме того, эти результаты могут иметь клиническое значение в тех регионах мира, где распространено пониженное производство кислоты в желудке (ахлоргидрия), вторичное по отношению к инфекции Helicobacter pylori, например, Бангладеш 7 .

Передача с точки зрения патогена

Роль, которую гиперинфекция играет в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки, остается непроверенной. V. cholerae остается гиперинфекционным в течение как минимум 5 часов после попадания от пациентов в водную среду, что позволяет предположить, что гиперинфекция играет особую роль в передаче инфекции в местах с высокой плотностью населения, где существует вероятность контакта с организмом другого человека. в относительно короткие сроки 65,70 .Одна из моделей передачи холеры предполагает, что вспышка начинается, когда либо уже инфицированный индексный случай мигрирует и заражает новую территорию, либо V. cholerae , потребляемая из естественного водоема окружающей среды, создает новый индексный случай у постоянного населения. В обоих сценариях возможно ускорение вспышки в результате быстрого распространения гиперинфекционного вируса V. cholerae от человека к человеку при кратковременном нахождении в окружающей среде.Модели передачи, допускающие только стохастическое поступление V. cholerae из окружающей среды, не предсказывают резкого роста числа случаев, которые наблюдаются в начале вспышек по всему миру, включая те, которые происходят раз в два года в Бангладеш 11 . Однако модели, которые включают гиперинфективность 83 , лучше отражают этот резкий подъем.

Поддержание передачи через водные резервуары

Эндемичная холера встречается в регионах с естественными водными резервуарами токсигенных и нетоксигенных V.cholerae , где бактерии могут сохраняться либо в свободноживущем состоянии, либо в ассоциации с фитопланктоном 84–86 , зоопланткон 85–88 или биотическим и абиотическим детритом 89,90 . Эти взаимодействия могут быть как полезными, так и антагонистическими 91,92 . Ассоциации вообще не случайны. Например, V. cholerae развил механизмы для присоединения, разложения и использования хитина в качестве источника углерода и азота 93–95 ().Для экологических изолятов методы ДНК-типирования, основанные на секвенировании гипервариабельных локусов повторов короткой последовательности, начали лучше определять взаимосвязь между нетоксигенными и токсигенными V. cholerae . Было обнаружено, что два сельских региона, разделенных 80 км в дельте реки Ганг, содержат отдельные, разнообразные штаммы из экологических и клинических условий 96 . Экологические изоляты состояли как из токсигенных, так и из нетоксигенных штаммов O1 El Tor и O139 на фоне нетоксигенных штаммов, представляющих многие серогруппы.Напротив, клинические изоляты были строго токсигенными O1 El Tor и O139, но относились к разным типам штаммов. Эти результаты демонстрируют, что в организме хозяина токсигенные штаммы обладают селективным преимуществом перед нетоксигенными штаммами из окружающей среды. Взаимосвязь между экологическими и клиническими штаммами может быть разной в других регионах мира и, вероятно, будет варьироваться в зависимости от окружающей среды, санитарии, инфраструктуры и плотности населения.

Селективное давление в водной среде

Некоторые бактериальные патогены, в том числе В.cholerae , теряют способность культивироваться на стандартных средах после переноса от хозяина или лаборатории в водную среду 24,97 . Этот фенотип традиционно был известен как состояние «жизнеспособное, но не культивируемое» (VBNC), поскольку клетки сохраняют способность к основным метаболическим процессам, таким как синтез белка, дыхание и поддержание целостности мембран, несмотря на их неспособность культивироваться 24 . Альтернативный, более консервативный термин, который применяется к этому состоянию, — «активный, но не культивируемый» (ABNC), поскольку остается неясным, живы ли еще бактерии, утратившие культивирование на стандартных средах 98 .

V. cholerae может быстро превратиться в ABNC, когда покидает человека-хозяина и попадает в водную среду. Исследования с участием пациента и in vitro , полученного V. cholerae , которые подвергались диализу в прудовой воде, продемонстрировали снижение культивирования на 60% и 90% через 5 часов и 24 часа соответственно 65 . Анализ микроматрицы продемонстрировал быстрые и разительные изменения транскрипции, когда бактерии входили в состояние ABNC 65 . Эти изменения включали индукцию генов поглощения фосфатов и фиксированного азота и подавление генов синтеза белка и энергетического метаболизма, что согласуется с низкими уровнями источников углерода, фосфата и фиксированного азота, которые часто встречаются в водной среде.Остается проверить, будет ли включение твердых частиц, которые были отфильтрованы из воды пруда в вышеупомянутом исследовании, продлить культивирование V. cholerae . При таком быстром снижении способности к культивированию исследователи задались вопросом, является ли большинство клеток V. cholerae , заражающих людей из окружающей среды, ABNC или культивируемыми клетками. Одна из гипотез гласит, что если культивируемые клетки более заразны, чем клетки ABNC, то ID 50 , рассчитанный по общему количеству клеток, будет увеличиваться по мере уменьшения процента культивируемых клеток в популяции.Это было подтверждено в недавних экспериментах, предполагающих, что основными факторами инфицирования человека, вероятно, являются культивируемые клеток V. cholerae 65 . В будущих математических моделях передачи V. cholerae должна быть учтена возможность уменьшения скорости культивирования.

V. cholerae литический бактериофаг

Биология вибриофагов

Восемьдесят лет назад было предложено, чтобы бактериофаги могли контролировать естественные популяции патогенов 99,100 .Более поздние исследования в области морской микробиологии выявили элегантный баланс между бактериофагами и их цианобактериальной добычей 101 . С клинической точки зрения бактериофаги в принципе могут использоваться для профилактики или лечения инфекций. Действительно, документально подтверждена «фаговая терапия» против холеры и других заболеваний (ВСТАВКА 2). Существует не менее 200 видов бактериофагов, которые инфицируют V. cholerae , известных как вибриофаги 102,103 . Нитевидный лизогенный вибриофаг CTXΦ является одним из наиболее охарактеризованных, поскольку он несет гены, кодирующие токсин холеры 22 .Первым секвенированным геномом хвостатого вибриофага был геном κ139; этот вибриофаг может быть как лизогенным, так и литическим. Основным механизмом, с помощью которого V. cholerae O1 становится устойчивым к κ139 и многим другим вибриофагам, является мутация кластера генов rfb , который кодирует ферменты для синтеза LPS 104 . В отсутствие рецептора антигена LPS O вибриофаг не может связываться или инфицировать бактериальную клетку. Все протестированные на сегодняшний день мутанты rfb -null V. cholerae O1 являются аттенуированными 65,67,105 .

Ящик 2 | Исследование бактериофагов

В 1915–1917 годах Twort 114 и d’Hérelle 115 независимо друг от друга открыли бактериофаги. Д’Эрелль определил, что бактериальная инфекция на животных моделях может быть ослаблена бактериофагами, и в 1925 году состояние пациентов с бубонной чумой улучшилось после того, как д’Эрелль ввел бактериофаги непосредственно в их бубоны (увеличенные лимфатические узлы) 116 . Эти открытия привели к исследованию бактериофагов, в задачу которого входило изучение терапии бактериофагом холеры в Индии 116 .Их первое испытание терапии сравнивало 244 нелеченных пациента с холерой с 219 пациентами с холерой, которых лечили вибриофагами; в нелеченой группе смертность составила 20%, тогда как в обработанной группе — 6,8% (χ 2 , p <0,01). Другие исследования показали аналогичные результаты 5,116,117 . Несмотря на некоторые ограничения, характерные для той эпохи, расследование добилось достаточного успеха, чтобы расширить свои усилия 5 .

За 1928, 1929 и 1934 годы сотрудники по расследованию подготовили и распространили 36 000, 130 823 и 871 316 доз вибриофагов в то время, когда начались вспышки в конкретных исследуемых сообществах в Индии 116 .Вибриофаги также распространялись в общественных источниках питьевой воды для профилактики. Смертность от холеры сравнивалась с контрольными сообществами до и после вмешательств. Трехлетний коэффициент смертности от холеры снизился с 30 до 2 на 10 000 в регионах, которые лечились вибриофагами 117 . Хотя эти исследования имели несколько ограничений, они предоставляют единственные доступные данные об эффективности терапии вибриофагами. Достижения в области регидратации и антибиотикотерапии в 1930-х и 1940-х годах сделали испытания бактериофагов, основанные на конечных точках смертности, неэтичными и статистически сложными 116,118 .

Вибриофаги в окружающей среде

В 1930-х годах было обнаружено, что случаи холеры положительно коррелировали с изоляцией вибриофагов в водной среде 106 . В наше время была описана отсроченная положительная согласованность между ростом числа случаев холеры и последующим ростом вибриофагов в окружающей среде 107 . Модель, разработанная Jensen et al. предсказывает, что если вспышка будет инициирована увеличением В.cholerae в окружающей среде, плотность вибриофагов впоследствии будет увеличиваться, что в конечном итоге будет способствовать сокращению вспышки 108 . В Международном центре исследований диарейных заболеваний в Бангладеш (ICDDRB) рост случаев холеры был связан с согласованным, но отсроченным увеличением доли больных холерой с вибриофагами в стуле 109 . Вибриофаги, идентифицированные в этом исследовании, были литическими вибриофагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов вибриофагов 107 .Титры вибриофагов в стуле из рисовой воды варьировались от 10 2 до 10 8 бляшкообразующих единиц на миллилитр, что согласуется с другими публикациями 65,67 . Несмотря на присутствие литических вибриофагов, все стула были положительными на V. cholerae и V. cholerae , как правило, по количеству вибриофагов, по крайней мере, на один порядок. Последующие исследования показали, что большинство бактериальных изолятов из стула все еще чувствительны к вибриофагам 65,67 .Пока неясно, почему вибриофаги в кишечнике человека не могут избавиться от инфекции V. cholerae , но эта «неудача» может играть важную роль в распространении клональной экспансии фагов во время вспышек 109 .

Передача с точки зрения вибриофага

Современные эксперименты начали проверять гипотезу о том, что фаги могут ослаблять передачу бактерий. Например, тесты подвижности с использованием микроскопии в темном поле были использованы для быстрого скрининга стула из рисовой воды на наличие вибриофагов; стул, который был отрицательным в темном поле (не содержал подвижных вибрионов), с большей вероятностью содержал литические вибриофаги и имел низкое количество культивируемых клеток, но схожее общее количество клеток 77 .С помощью этого косвенного измерения для фагов было обнаружено, что по крайней мере половина пациентов с холерой, которые наблюдались в течение 5-летнего периода в ICDDRB, имели вибриофаги, а домашние контакты инфицированного пациента с положительным индексом вибриофага были менее вероятны. с V. cholerae , чем люди, которые контактировали с пациентом, который не был фагоположительным 77 . Эти результаты согласуются с выводом о десятикратном снижении инфекционной дозы В.cholerae , когда в стуле хозяина есть вибриофаги 67 .

V. cholerae обычно превосходит литические бактериофаги сразу после пассажа от хозяина 65 , 67 . В лабораторных экспериментах с использованием стула из рисовой воды, выращенного человеком, бактериофаги имеют начальный всплеск репликации в течение первых нескольких часов в водной среде и могут достигать отношения бактериофагов к бактериям примерно 1: 1 за 24 часа 65,67 .Хотя гиперинфекция может сохраняться в течение нескольких часов после пассажа от хозяина 65,70 , потеря культивирования (обсуждалось выше) и рост бактериофагов в водной среде, вероятно, объединяются, чтобы блокировать передачу 65 . Контрольные эксперименты с , полученным in vitro , V. cholerae и бактериофагами подтверждают, что бактериофаги могут ограничивать бремя инфекции 65,67 . Однако бактериофаги никогда не могут полностью блокировать инфекцию, потому что мутанты V.cholerae , у которых отсутствует зрелый ЛПС, избегают хищничества и колонизируют мышей, хотя и в меньшем количестве. Как уже упоминалось, мутанты LPS ослаблены и могут быть потеряны в естественном жизненном цикле V. cholerae 65,67,105 .

Таким образом, динамическое взаимодействие между бактериофагом и бактерией в воде пруда предполагает, что модель передачи холеры должна включать в себя меру быстрого снижения способности бактерий к культивированию и уничтожения бактериофагами. В закрытой экспериментальной системе передача В.cholerae можно свести к минимуму, если эти два фактора сочетаются в водной среде. Следовательно, вероятно, будет преимущество пригодности для V. cholerae , которое быстро перейдет к следующему хозяину, когда культивируемость все еще высока, а концентрация бактериофагов все еще низкая. В этом обзоре упоминалось несколько моделей, которые предлагают разные объяснения роста и спада вспышек с точки зрения хозяина (клинический спектр и коллективный иммунитет), бактерии (гиперинфекция) и бактериофага (хищничество).Мы объединили несколько опубликованных моделей в одну рабочую диаграмму, чтобы побудить задуматься о том, как эти факторы могут взаимодействовать в естественной среде (). Лучшее понимание того, как функционирует интегрированная модель, может раскрыть возможности для вмешательств в области общественного здравоохранения.

Комбинированная модель передачи холеры с точки зрения хозяина и микроорганизмов

Общая популяция (H) питает пул восприимчивых хозяев (S), которые становятся инфекционными (I) после употребления Vibrio cholerae из окружающей среды. источник, с литическими бактериофагами или без них (Φ).Инфицированные люди имеют симптомы (I symp ) или бессимптомны (I asymp ) и выздоравливают (R) благодаря действиям своей иммунной системы и, возможно, литических бактериофагов, или погибают от инфекции (m). Выздоровевшие люди будут повторно попадать в пул восприимчивых с разной скоростью (//) в зависимости от степени защитного иммунитета. Литические фаги и гиперинфекционные V. cholerae (VC Hi ) выделяются симптоматическим хозяином в различных концентрациях; бессимптомные хозяева выделяют гораздо меньше бактерий (пунктирная линия).Клетки VC Hi быстро переходят к следующему хозяину, сохраняются в окружающей среде в виде культивируемых клеток с неизвестной инфекционностью (VC C ) или распадаются в «активное, но не культивируемое» состояние (VC ABNC ) с пониженной инфекционностью. Все три типа клеток плюс совокупные бактерии (не показаны), вероятно, играют смешанную роль в качестве резервуаров окружающей среды для будущих вспышек.

Заключительные замечания

Модель передачи, которая точно предсказывает масштабы возникающей вспышки, предоставит органам общественного здравоохранения полезную информацию для надлежащего масштабирования их ответных мер.Вмешательства, нацеленные на жизненно важные этапы передачи, могут быть эффективными для предотвращения вспышек. Иммунитет хозяина, гиперинфекция патогенов и фаги — все это факторы, которые можно использовать для борьбы со вспышкой. Например, централизованные центры управления отходами часто терпят неудачу в условиях нехватки ресурсов. Поскольку пациенты с симптомами выделяют более V. cholerae , а V. cholerae в стуле из рисовой воды является гиперинфекционным, вспышки холеры лучше всего остановить у источника, уменьшив воздействие на человека свежевыпущенного гиперинфекционного стула.Другими словами, при сохранении централизованного управления следует поощрять и проверять децентрализованные усилия по целевому управлению отходами в единице домашнего хозяйства. Эта концепция подчеркивает решающую важность уже проверенных, но простых мероприятий в домашних условиях, таких как использование кувшинов с узким горлышком, хлорирование хранящейся воды и мытье рук, для профилактики заболеваний 110,111 .

Еще многое предстоит узнать об эффективности вакцины в естественных условиях холеры.Отказ от традиционных мер оценки эффективности вакцин путем включения преимуществ коллективного иммунитета продолжит раскрывать истинное влияние как существующих вакцин, так и вакцин, находящихся в разработке. Кроме того, понимание воздействия хищничества бактериофагов и того, как вакцины снижают пул восприимчивости до такой степени, что передача не может продолжаться, являются важными областями для будущих исследований. Ответы на многие вопросы, поставленные в этом обзоре, имеют решающее значение для стран с ограниченными ресурсами, таких как Зимбабве, для оптимизации использования ограниченных запасов вакцины и борьбы с пагубными последствиями неудовлетворительной санитарии.

хозяин, патоген и бактериофаг динамика

Abstract

Зимбабве представляет собой самый последний пример трагедии, которая постигает страну и ее народ, когда поражает холера. Вспышка 2008–2009 гг. Быстро распространилась по каждой провинции и привела к уровню смертности, аналогичному тем, которые наблюдались в результате инфекций холеры сто лет назад. В этом обзоре мы выделяем достижения, которые помогут понять, как взаимодействия между хозяином, бактериальным патогеном и литическим бактериофагом могут способствовать возникновению и подавлению вспышек холеры в эндемичных условиях и в развивающихся эпидемических регионах, таких как Зимбабве.

Диарейные заболевания, включая холеру, являются ведущей причиной заболеваемости и второй по частоте причиной смерти среди детей в возрасте до 5 лет во всем мире 1,2 . Трудно определить точную заболеваемость и смертность от холеры, поскольку системы эпиднадзора во многих развивающихся странах находятся в зачаточном состоянии, а многие страны не решаются сообщать о случаях холеры в ВОЗ из-за потенциального негативного экономического воздействия этой болезни на торговлю и туризм. Сегодня реальное бремя холеры оценивается в несколько миллионов случаев в год, преимущественно в Азии и Африке 3 .При оптимальной доставке пероральная регидратационная терапия может снизить уровень летальности с> 20%, наблюдавшихся в прошлом 4–6 до <1% 7 . Еще предстоит проделать большую работу, поскольку 27 стран сообщили о показателях летальности, превышающих пороговое значение в 1% в 2007 году (REF. 8).

Возбудитель холеры, грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae, является факультативным патогеном, жизненный цикл которого имеет как человеческую, так и экологическую стадию 9,10 . V. cholerae дифференцируется серологически на основе антигена O его липополисахарида (ЛПС) (). Штаммы, продуцирующие токсин холеры ( токсигенных ), серогрупп O1 и O139 вызывают подавляющее большинство заболеваний. Серогруппа O1 подразделяется на два фенотипически различных биотипа , Эль-Тор и классический, второй из которых связан с более ранними пандемиями. Оба биотипа могут быть далее подразделены на два серотипа, Инаба и Огава 7 . За последние 20 лет Эль Тор заменил классический биотип 11 ; однако наследие классического биотипа сохраняется, поскольку появились штаммы Эль-Тор, содержащие токсин классической холеры 12–14 .Серогруппа O139 впервые появилась в 1992 г. в результате мультигенной замены в кодирующей O антиген-кодирующей области штамма-предшественника O1 El Tor 15 . Хотя серогруппа O139 вызвала разрушительные вспышки в 1990-х годах, штамм Эль Тор остается доминирующим штаммом во всем мире 11,16,17 .

Филогенетическое родство штаммов Vibrio cholerae

На основании антигенности компонента O-антигена липополисахарида внешней мембраны в водной среде существует более 200 серогрупп (O1 – O200) Vibrio cholerae .Только подмножество штаммов серогрупп O1 и O139 являются токсигенными (Tox + ) и, следовательно, способны вызывать холеру при приеме внутрь; такие штаммы отбираются у хозяина. Другие штаммы нетоксигены (Tox ) и отбираются против них. Различные типы О-антигена обозначены цветом внешней мембраны и покрытого оболочкой жгутика (периплазматическое пространство и внутренняя мембрана не показаны). Капсулы присутствуют в подмножестве штаммов. Генотипы разных штаммов обозначены цветом цитоплазмы; обратите внимание, что Tox + O1 и O139 имеют по существу один и тот же генотип, за исключением генов O-антигена.

Патофизиология холеры описана в обширной литературе. Короче говоря, патогенные штаммы несут в себе ключевые факторы вирулентности, которые включают холерный токсин 18 и ко-регулируемый токсин (TCP) 19,20 , самосвязывающийся пилус, который связывает бактериальные клетки вместе 21 , возможно, чтобы противостоять силам сдвига. в тонком кишечнике хозяина. Токсин холеры представляет собой секретируемый токсин субъединицы AB 5 . Пентамер субъединицы B связывает моносиалотетрагексозилганглиозиды на абсорбирующих эпителиальных клетках, вызывая эндоцитоз ферментативной субъединицы A, после чего он рибозилирует АДФ субъединицу G-белка, который контролирует активность аденилилциклазы.Хотя вирулентность является многофакторной, холерный токсин является ключевым фактором, ответственным за обильную секреторную диарею, которая возникает у инфицированных людей. Трансмиссивные элементы, такие как лизогенный бактериофаг , несущий гены токсина холеры 22 и элемент SXT, несущий гены устойчивости к антибиотикам 23 , будут продолжать определять эволюцию V. cholerae .

Биологические факторы и факторы окружающей среды, которые способствуют динамике вспышек холеры, продолжают оставаться предметом интенсивных исследований.Было опубликовано несколько обзорных статей, посвященных важности экологических факторов в распространении вспышек холеры. 24–26 . В этом обзоре мы сосредоточимся скорее на трех биологических факторах, которые, как считается, играют важную роль в возникновении и формировании вспышек холеры: восприимчивость хозяина, вирулентность V. cholerae и литические бактериофаги. Ниже мы обсудим эту троицу факторов, связанных с динамическим характером вспышек холеры.

Человек-хозяин

Клинический спектр

В.cholerae инфекция

Инфекция V. cholerae вызывает клинический спектр, который варьируется от бессимптомной колонизации до холеры, наиболее тяжелой формы болезни (). После приема внутрь зараженной пищи или воды V. cholerae колонизирует тонкий кишечник в течение 12–72 часов до появления симптомов. Холера часто начинается с желудочных спазмов и рвоты, за которыми следует диарея, которая может прогрессировать до потери жидкости до 1 литра в час 27 .Эти потери приводят к серьезному истощению объема жидкости и метаболическому ацидозу, что может привести к сосудистому коллапсу и смерти 7 . Стул с рисовой водой обычно содержит от 10 10 до 10 12 вибрионов на литр. Пациенты с симптомами могут выделять вибрионы до начала болезни 28,29 и будут продолжать выделять организмы в течение 1-2 недель 30,31 . Бессимптомные пациенты обычно выделяют вибрионы со стулом только в течение 1 дня, примерно 10 3 вибрионов на грамм стула 32 .Следовательно, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которое выделяется для последующей передачи.

Таблица 1

Клинический спектр инфекции Vibrio cholerae

Симптомы 8
Бессимптомная инфекция Легкая инфекция Тяжелая инфекция
Рвота и обильная диарея
Обезвоживание Нет От легкой до легкой От средней до тяжелой (гиповолемический шок)
Характеристики стула 58 Нормальный жидкий стул 58 Нормальный
Вибрионов на грамм стула До 10 5 До 10 8 10 7 до 10 9 в стуле (и рвотных массах)
Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) ПРС, внутривенные жидкости и антибиотики
Смертность Нет Нет Без лечения: до 50% Вылечено: менее 1%
из случаев с симптомами варьируется в зависимости от возраста и эндемичности заболевания.В эндемичных условиях, таких как дельта реки Ганг, дети с большей вероятностью будут госпитализированы с тяжелым заболеванием 33 . За последние 20 лет преобладание тяжелых случаев переместилось на детей младшего возраста, с пиком тяжелых случаев в возрасте 2 лет 34 . Напротив, при эпидемических моделях передачи, например, когда V. cholerae вводится в иммунологически неинфицированную популяцию, все возрастные группы кажутся одинаково восприимчивыми к симптоматической инфекции 16,35–37 .

Бессимптомные случаи также могут способствовать распространению микроорганизма, хотя и на гораздо более низком уровне, чем пациенты с симптомами, и могут отражать важный компонент приобретенного иммунитета, который наблюдается в некоторых сообществах. Однако бессимптомные случаи часто трудно задокументировать. Четырехкратное повышение титра вибриоцидного антитела в сыворотке крови является полезной мерой для выявления бессимптомных людей, которые могут быть инфицированы, но от которых невозможно изолировать организм.Используя положительный результат посева из ректального мазка или ответ на вибриоцидные антитела для определения инфекции, недавно было обнаружено, что у бангладешских детей в возрасте до 5 лет вероятность появления симптомов в 2–3 раза выше, чем у детей старше 5 лет 35 . Частота симптомов во всех возрастных группах в этом исследовании составила 57% 35 . Это соответствует показателям симптоматических инфекций, которые были обнаружены в связи с классическими штаммами в более ранней литературе 32,38–40 , но намного выше показателей, зарегистрированных для инфекций Эль-Тор в 1970-е годы 40 .Таким образом, бессимптомные случаи могут составлять примерно половину всех случаев. Будущие исследования иммунологии бессимптомных пациентов помогут оценить их вклад в защитный иммунитет на популяционном уровне.

Восприимчивость к холере

Генетические факторы и факторы питания хозяина влияют на восприимчивость к холере. Антигены группы гистокрови ABH представляют собой набор клеточных и секретируемых гликолипидов и гликопротеинов, которые являются ключевыми детерминантами восприимчивости хозяина к ряду желудочно-кишечных патогенов; они, по-видимому, влияют на специфичность рецептора клетки-хозяина в отношении связывания патогенов и токсинов.Фенотип O соответствует немодифицированному антигену H и связан со сниженным риском заражения V. cholerae . Однако, как только хозяин инфицирован, фенотип О ассоциируется с повышенным риском серьезных симптомов; механизм этого остается неизвестным. Распространенность фенотипа O варьируется среди человеческих популяций; его низкая распространенность в дельте реки Ганг предполагает, что существует отбор против этого фенотипа в эндемичной по холере зоне 35,41,42 .В популяциях с высокой распространенностью группы крови O, например в странах Латинской Америки, болезнь протекает тяжелее, и потребности в регидратации и госпитализации инфицированных людей существенно выше 43,44 .

Хотя антиген группы крови H является единственным давно признанным генетическим фактором, связанным с восприимчивостью к холере, другие генетические полиморфизмы, вероятно, были выбраны за или против, учитывая исторически высокие показатели смертности от холеры.Например, недавнее исследование связывало тяжелую холеру с вариантом LPLUNC1 (белок 1, связанный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) 45 , консервативного белка врожденного иммунитета. Экспрессия LPLUNC1 активируется в эпителии тонкой кишки во время острой холеры и может влиять на течение инфекции V. cholerae 46 .

Недоедание, измеряемое по задержке линейного роста, не является фактором риска заражения V. cholerae 35 .Однако дефицит ретинола (витамина А), питательного микроэлемента, который способствует иммунитету слизистых оболочек, является фактором риска, связанным как с инфекцией V. cholerae , так и с развитием симптоматического заболевания 35 . Цинк, еще один питательный микроэлемент, который способствует иммунитету слизистых оболочек, может истощаться во время диарейных заболеваний 47 . Оральный цинк устраняет этот дефицит у детей, что приводит к значительному сокращению объема стула и времени до прекращения диареи 44 .

Защитный иммунитет

Несколько исследований демонстрируют, что клинически очевидная инфекция V. cholerae индуцирует защитный иммунитет против последующей инфекции (ВСТАВКА 1). Заражение североамериканских добровольцев классическим биотипом и биотипом Эль-Тор обеспечивало 100% и 90% защиту соответственно от последующего заражения 31,48 . Аналогичным образом, в эндемических условиях было обнаружено, что более 90% пациентов с тяжелым заболеванием, вызванным инфекцией классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем, на основании наблюдаемых и ожидаемых показателей госпитализации в связи со вторым эпизодом холеры в США. это население 33 ; аналогичные результаты были получены в отдельном исследовании 49 .Механизм этого защитного иммунитета против инфекции и болезни V. cholerae неизвестен.

Ящик 1 | Иммунный ответ человека на

Vibrio cholerae

Врожденный ответ

Холера считается прототипом невоспалительной инфекции. Часто отсутствуют грубые изменения слизистой оболочки кишечника или архитектурной целостности тонкой кишки. Однако наблюдается повышенная регуляция провоспалительных цитокинов (включая интерлейкин-1β и фактор некроза опухоли), экспрессии различных бактерицидных белков и миграции нейтрофилов в собственную пластинку во время острой холеры.Естественная вариабельность врожденного иммунного ответа может влиять на восприимчивость, что подтверждается обнаружением того факта, что полиморфизм в промоторной области гена LPLUNC1 (белок 1, связанный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) связан с повышенным риском холеры.

Адаптивный ответ

Неизвестно, как адаптивный иммунный ответ на холеру обеспечивает защиту от последующего заболевания. Поскольку Vibrio cholerae неинвазивен, было высказано предположение, что секреторный иммуноглобулин А кишечника (sIgA) защищает от колонизации слизистой оболочки.Примерно через 8 дней после начала холеры наблюдается пик циркуляции антиген-специфических лимфоцитов V. cholerae , которые экспрессируют хемокиновые рецепторы кишечника (см. Рисунок) 112 . Эти лимфоциты вскоре становятся необнаруживаемыми в крови, поскольку они возвращаются на слизистую оболочку кишечника, где они приводят к увеличению секреции sIgA в кишечнике. Реакции сывороточных антител, такие как реакция вибриоцидных антител, также достигают максимума через 1-3 недели после заражения. Хотя высокие сывороточные титры вибриоцидных антител и IgA, специфичного к холерному токсину, коррелируют с защитой от инфекции, эти антитела снижаются до исходного уровня через год после заражения, задолго до того, как защитный иммунитет против холеры ослабевает.Аналогичным образом, у добровольцев, инфицированных V. cholerae , уровни sIgA слизистой оболочки снижаются до исходного уровня в течение нескольких месяцев. Однако, когда добровольцев, у которых больше нет обнаруживаемых антител, повторно провоцируют антигенов V. cholerae , они демонстрируют стойкую способность вызывать анамнестический иммунный ответ, развивая пиковую кишечную секрецию антител так же быстро, как в течение трех дней. Следовательно, возможно, что скорость анамнестического ответа на повторное воздействие, а не заранее сформированные антитела, может опосредовать защиту от холеры.Это подтверждается недавними данными о том, что холера вызывает ответ В-клеток памяти, который выявляется в течение по крайней мере 1 года после заражения холерой 113 .

Выявлено несколько коррелятов иммунитета. Лучше всего охарактеризованным серологическим маркером иммунитета является титр сывороточных вибриоцидных антител. Это антитело является комплемент-зависимым бактерицидным антителом, титр которого заметно увеличивается после заболевания, но снижается до исходного уровня через 6–9 месяцев 7 . В Бангладеш вибриоцидные антитела выявляются у большинства людей в возрасте 10–15 лет и связаны со снижением риска инфицирования.Поскольку V. cholerae является неинвазивным патогеном, эти сывороточные антитела могут не вносить непосредственный вклад в защиту на уровне слизистой оболочки кишечника, но они могут быть полезны для оценки степени защитного иммунитета на уровне популяции. Антитела иммуноглобулина A, специфичные к TCP, LPS или субъединице B холерного токсина, коррелируют с защитой от последующей инфекции и болезни 35 .

Полевые испытания вакцины обеспечивают контролируемую оценку устойчивости адаптивных иммунных ответов к В.холера . В крупнейшем контролируемом исследовании 62 285 участников в Бангладеш были рандомизированы для получения 3 пероральных доз (с интервалом в 6 недель) комбинации убитых целых клеток (Эль Тор и классические) плюс субъединица B холерного токсина (вакцина B – WC), цельноклеточный компонент без B-субъединицы (вакцина WC) или убитый Escherichia coli K12 в качестве контроля. Через 3 года наблюдения две вакцины (B – WC и WC) имели 50% и 52% защитную эффективность, соответственно 50 . Для детей младше 5 лет эффективность составила 23–26%.Через 6 месяцев наблюдения вакцина B – WC дала 85% защиту 51 . Ведутся споры о том, демонстрируют ли эти данные эффективность, достаточную для широкомасштабного распространения. В настоящее время предпринимаются усилия по созданию новых вакцин для обеспечения более высоких и устойчивых ответов у реципиентов, а также для снижения производственных затрат с целью преодоления как иммунологических, так и производственных препятствий, которые ограничивают применимость существующих вакцин против холеры 52–55 .

Роль, которую коллективный иммунитет играет в замедлении передачи холеры, недавно стала оценена.При испытаниях эффективности вакцины отдельные пациенты рандомизируются, чтобы гарантировать, что защитная эффективность отражает только прямой эффект вакцины 56 . Это означает, что при лицензировании вакцин не учитываются их преимущества на уровне населения. Обсуждаемое выше испытание вакцины B – WC имело уровень охвата от 4% до 65% в разных регионах 50,57 . Когда уровни заболеваемости холерой сравнивались с показателями охвата вакцинацией в конкретных регионах, было обнаружено, что заболеваемость среди реципиентов плацебо обратно коррелировала с уровнем охвата прививками 57 : там, где охват был высоким, даже среди тех, кто этого не сделал. Получившие вакцину, вероятность заболеть холерой по-прежнему на четверть ниже, чем у невакцинированных лиц в районах с низким охватом.Когда коллективный иммунитет включен в имитационные модели эффективности вакцины, охват вакцинацией B – WC 50% в эндемичных районах приводит к снижению общего числа случаев на 93% 58 . Взятые вместе, эти исследования доказывают, что вакцина B – WC может обеспечить достаточную защиту для широкомасштабной вакцинации в эндемичных регионах и что коллективный иммунитет, вероятно, будет играть важную роль в ограничении передачи холеры.

Передача с точки зрения хозяина

Несколько групп создали математические модели, использующие точки зрения как хозяина, так и патогена, чтобы помочь объяснить и предсказать природу вспышек холеры.Цель большинства этих моделей — точно отразить резкий рост и снижение заболеваемости холерой, которое наблюдается два раза в год в регионах вокруг Бенгальского залива. Модель была построена для включения показателей передачи, фактора сезонных колебаний и расчета количества восприимчивых людей на основе различного защитного иммунитета от прошлой инфекции 59–61 . Эти идеи были основаны на проверке гипотез о том, что высокое соотношение бессимптомных и симптоматических случаев связано с разрешением вспышки и что короткий интервал защитного иммунитета (2–12 недель) после заражения допускает последующие вспышки, которые наблюдаются в Бангладеш 62 .Результаты показывают, что сочетание многих бессимптомных случаев и недолговечного иммунитета, а не молчаливых шеддера , дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. Модель имеет ограничения: она предполагает соотношение бессимптомных и симптоматических случаев, которое намного выше, чем те, которые наблюдались в последние годы, и она была протестирована с использованием показателей смертности, которые связаны с клинически определенной холерой из Западной Бенгалии между 1891 и 1940 годами — эпохой до открытия. ротавируса и энтеротоксигенного E.coli , которые являются смешивающими факторами. Несмотря на свои недостатки, эти модели улучшают наше понимание сложной динамики вспышек и показывают, насколько мощной может быть реакция хозяина в ограничении передачи. Новые модели передачи холеры должны по-прежнему включать факторы сезонных колебаний, соотношение бессимптомных и симптоматических случаев и темпы снижения защитного иммунитета.

Возбудитель

Инфекционные дозы на животных моделях

Заражение человека-хозяина — многоступенчатый процесс: V.cholerae необходимо принимать внутрь в дозе, достаточной для преодоления врожденной иммунной защиты, затем экспрессии факторов вирулентности для колонизации тонкой кишки и, наконец, для координации выхода из организма хозяина для облегчения передачи 63 (). Животные модели холеры в значительной степени являются показателями успеха первых двух стадий 64 . Используя модель инфекции у новорожденных мышей, было показано, что V. cholerae , которые выделяются с рисовым водяным стулом человека, находятся в гиперинфекционном состоянии, демонстрируя ID 50 из 10–100 клеток по сравнению с примерно 500 клетками для В.cholerae , выращенный in vitro 65–67 . Гиперинфекция также была задокументирована у Citrobacter rodentium 68 , а гиперинфекционный V. cholerae может быть воспроизведен при прохождении через мышиную модель инфекции 68,69 . Определение и фенотип гиперинфективности противоречивы из-за сложностей при выборе наиболее подходящих условий культивирования для роста контрольного штамма.

Жизненный цикл патогенного Vibrio cholerae

Токсигенные штаммы Vibrio cholerae сохраняются в водной среде наряду с нетоксигенными штаммами, чему способствует образование биопленок на биологических поверхностях и использование хитина в качестве источника углерода и азота.При попадании в организм этих адаптированных к водной среде бактерий с зараженной пищей или водой токсигенные штаммы колонизируют тонкий кишечник, размножаются, выделяют токсин холеры и возвращаются в окружающую среду хозяином при секреторной диарее. Патогенные микроорганизмы, выделяемые калом, находятся в преходящем гиперинфекционном состоянии, которое способствует усилению вспышки за счет передачи последующим хозяевам.

Молекулярные механизмы, которые способствуют гиперинфективности у V. cholerae , многофакторны.Исследования на микроматрицах показали, что глобальный профиль транскрипции гиперинфекционных V. cholerae из рисового водяного стула отличается от такового для V. cholerae , выращенных in vitro или верхних отделов тонкой кишки V. cholerae , изгнанных в рвотные массы 65, 70,71 (). Большинство известных генов вирулентности, включая гены холерного токсина и TCP, подавляются в стуле из рисовой воды, но механизм этого подавления остается неизвестным. Еще одна уникальная особенность — подавление генов хемотаксиса, что удивительно, учитывая, что планктонные вибрионы, выделяемые пациентами, являются жгутиками и очень подвижны.Было показано, что это подавление хемотаксиса является одним из компонентов гиперинфективности, потому что подвижные, но не хемотаксирующие мутанты V. cholerae являются гиперинфекционными 66,72,73 .

Vibrio cholerae паттерны экспрессии гена на разных стадиях жизненного цикла

При проглатывании (нижняя правая панель) Vibrio cholerae использует подвижность и муциназы для проникновения через слизистый гель и N -ацетилглюкозамин-связывающий белок A ( GbpA) и другие факторы колонизации эпителия тонкой кишки.Существенные изменения в экспрессии генов сопровождают этот переход от пруда к острой инфекции, включая, помимо прочего, индукцию vieA, которая кодирует фосфодиэстеразу, которая гидролизует второй мессенджер циклического ди-GMP, и гены, регулируемые ToxR, включая гены холерного токсина и самоагрегирующиеся пилусы, регулируемые токсинами (TCP). Кроме того, репрессируются несколько генов, например, гены хитин-связывающего маннозу-чувствительного гемагглютинина пилуса (MSHA) и стрессового сигма-фактора RpoS.На поздней стадии инфекции (нижняя левая панель) V. cholerae снова изменяет экспрессию своего гена, чтобы отделиться от эпителия — «реакция бегства» — и подготовиться к передаче другому хозяину (например, распространение в домашних условиях). ) или попадание в водную среду. Изменения на поздней стадии включают индукцию генов синтеза c-di-GMP (дигуанилилциклазы), систем поглощения питательных веществ (таких как регулон регуляции поглощения железа (Fur)) и подвижности (Fla), а также репрессию таких генов, как для хемотаксиса (Che) и регулона ToxR.Возникающее в результате состояние «подвижное, но не хемотаксическое» способствует гиперинфективности. Если бактерии, выделяющиеся со стулом, не попадают в организм другого хозяина в течение короткого периода времени, то их ждет одна из двух судьб (верхняя панель): укоренение в водной среде путем нахождения подходящих источников питательных веществ, таких как хитин, или распад в « активную среду ». но некультивируемое состояние. При воздействии хитина V. cholerae индуцирует несколько генов, участвующих в присоединении и катаболизме хитина (регулон ChiS), а также гены, участвующие в генетической компетентности (регулон TfoX).Образование биопленок на поверхности опосредуется индукцией регулона Vps, который кодирует внеклеточный полисахарид. Во время перехода в активное, но не культивируемое состояние происходят большие изменения в экспрессии генов, поскольку V. cholerae пытается адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ. К ним относятся индукция генов фосфатного и азотного голодания (phoB и glnB-1 соответственно) и репрессия генов трансляционного аппарата.

Транскриптом V. cholerae , который пассируется от животных, также уникален и был выявлен в двух недавних исследованиях.Во-первых, существует скоординированная «реакция бегства», которая позволяет организму отделяться от ворсинок кишечника, готовясь к выходу из организма хозяина; это регулируется стрессом и стационарной фазой сигма-фактора РНК-полимеразы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не требуются для инфекции, но важны для выживания при переходе в водную среду 75 . Эта предварительная индукция генов выживания в окружающей среде на поздних этапах инфекции может подготовить организм к жесткому селективному давлению в воде пруда, тем самым облегчая передачу 24,65 .В большинстве описанных выше исследований бактериальные клетки, составлявшие инфекционную дозу, были планктонными клетками, а не агрегатами. Было проведено одно исследование с участием добровольцев, в котором добровольцам вводили V. cholerae в морщинистой форме (т. Е. Агрегативной и продуцирующей экзополисахариды); инфекционная доза была аналогична дозе, наблюдаемой для планктонных форм, а морщинистые формы выделялись добровольцами 76 . Кроме того, люди выделяют V. cholerae в виде сложных биопленко-подобных агрегатов 67,77,78 .Идентификатор 50 V. cholerae выделяется в совокупности, и роль, которую эти совокупности играют в передаче, еще предстоит определить.

Инфекционная доза у людей

Инфекционная доза V. cholerae у людей сильно варьируется в зависимости от бактериального штамма и хозяина. Дозы 10 8 –10 11 клеток требовались для обеспечения последовательной колонизации у здоровых североамериканских добровольцев 7,29,31 . Инфекционная доза снижается до 10 4 –10 8 при использовании бикарбонатного буфера для нейтрализации желудочной кислоты незадолго до инокуляции; этот метод дает 90% случаев заражения 7,29,31 .В домашнем хозяйстве пища может действовать как кислотный буфер; В исследованиях на добровольцах введение бактерии как часть «еды» из риса, рыбы, заварного крема и обезжиренного молока дало результаты, сравнимые с результатами, наблюдаемыми при одновременном введении бактерий и бикарбоната 79 . В эндемичных условиях инфекционная доза неизвестна. Подсчет V. cholerae в образцах домашнего хозяйства и окружающей среды исторически сложен, требует быстрого реагирования и использования флуоресцентной микроскопии для подсчета тех бактерий, культивирование которых может оказаться затруднительным. 80 .

Клиническое наблюдение, что буферная кислота желудочного сока снижает инфекционную дозу, предполагает, что бактериальные гены, участвующие в кислотной устойчивости, могут способствовать вирулентности. Сигнатурный мутагенез (STM) был использован для поиска подмножества генов вирулентности, которые вносят вклад в кислотостойкость in vitro 81 . Удаление этих генов ослабило V. cholerae в модели инфекции у новорожденных мышей, что подтверждает их роль в вирулентности. Кроме того, обнажая В. дикого типа.cholerae к кислоте непосредственно перед инокуляцией мышей давало большое конкурентное преимущество перед неадаптированными к кислоте бактериями 82 . Эти данные, наряду с другими, демонстрируют, что бактерии, выращенные in vitro , могут стать более заразными в результате воздействия стресса. Кроме того, эти результаты могут иметь клиническое значение в тех регионах мира, где распространено пониженное производство кислоты в желудке (ахлоргидрия), вторичное по отношению к инфекции Helicobacter pylori, например, Бангладеш 7 .

Передача с точки зрения патогена

Роль, которую гиперинфекция играет в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки, остается непроверенной. V. cholerae остается гиперинфекционным в течение как минимум 5 часов после попадания от пациентов в водную среду, что позволяет предположить, что гиперинфекция играет особую роль в передаче инфекции в местах с высокой плотностью населения, где существует вероятность контакта с организмом другого человека. в относительно короткие сроки 65,70 .Одна из моделей передачи холеры предполагает, что вспышка начинается, когда либо уже инфицированный индексный случай мигрирует и заражает новую территорию, либо V. cholerae , потребляемая из естественного водоема окружающей среды, создает новый индексный случай у постоянного населения. В обоих сценариях возможно ускорение вспышки в результате быстрого распространения гиперинфекционного вируса V. cholerae от человека к человеку при кратковременном нахождении в окружающей среде.Модели передачи, допускающие только стохастическое поступление V. cholerae из окружающей среды, не предсказывают резкого роста числа случаев, которые наблюдаются в начале вспышек по всему миру, включая те, которые происходят раз в два года в Бангладеш 11 . Однако модели, которые включают гиперинфективность 83 , лучше отражают этот резкий подъем.

Поддержание передачи через водные резервуары

Эндемичная холера встречается в регионах с естественными водными резервуарами токсигенных и нетоксигенных V.cholerae , где бактерии могут сохраняться либо в свободноживущем состоянии, либо в ассоциации с фитопланктоном 84–86 , зоопланткон 85–88 или биотическим и абиотическим детритом 89,90 . Эти взаимодействия могут быть как полезными, так и антагонистическими 91,92 . Ассоциации вообще не случайны. Например, V. cholerae развил механизмы для присоединения, разложения и использования хитина в качестве источника углерода и азота 93–95 ().Для экологических изолятов методы ДНК-типирования, основанные на секвенировании гипервариабельных локусов повторов короткой последовательности, начали лучше определять взаимосвязь между нетоксигенными и токсигенными V. cholerae . Было обнаружено, что два сельских региона, разделенных 80 км в дельте реки Ганг, содержат отдельные, разнообразные штаммы из экологических и клинических условий 96 . Экологические изоляты состояли как из токсигенных, так и из нетоксигенных штаммов O1 El Tor и O139 на фоне нетоксигенных штаммов, представляющих многие серогруппы.Напротив, клинические изоляты были строго токсигенными O1 El Tor и O139, но относились к разным типам штаммов. Эти результаты демонстрируют, что в организме хозяина токсигенные штаммы обладают селективным преимуществом перед нетоксигенными штаммами из окружающей среды. Взаимосвязь между экологическими и клиническими штаммами может быть разной в других регионах мира и, вероятно, будет варьироваться в зависимости от окружающей среды, санитарии, инфраструктуры и плотности населения.

Селективное давление в водной среде

Некоторые бактериальные патогены, в том числе В.cholerae , теряют способность культивироваться на стандартных средах после переноса от хозяина или лаборатории в водную среду 24,97 . Этот фенотип традиционно был известен как состояние «жизнеспособное, но не культивируемое» (VBNC), поскольку клетки сохраняют способность к основным метаболическим процессам, таким как синтез белка, дыхание и поддержание целостности мембран, несмотря на их неспособность культивироваться 24 . Альтернативный, более консервативный термин, который применяется к этому состоянию, — «активный, но не культивируемый» (ABNC), поскольку остается неясным, живы ли еще бактерии, утратившие культивирование на стандартных средах 98 .

V. cholerae может быстро превратиться в ABNC, когда покидает человека-хозяина и попадает в водную среду. Исследования с участием пациента и in vitro , полученного V. cholerae , которые подвергались диализу в прудовой воде, продемонстрировали снижение культивирования на 60% и 90% через 5 часов и 24 часа соответственно 65 . Анализ микроматрицы продемонстрировал быстрые и разительные изменения транскрипции, когда бактерии входили в состояние ABNC 65 . Эти изменения включали индукцию генов поглощения фосфатов и фиксированного азота и подавление генов синтеза белка и энергетического метаболизма, что согласуется с низкими уровнями источников углерода, фосфата и фиксированного азота, которые часто встречаются в водной среде.Остается проверить, будет ли включение твердых частиц, которые были отфильтрованы из воды пруда в вышеупомянутом исследовании, продлить культивирование V. cholerae . При таком быстром снижении способности к культивированию исследователи задались вопросом, является ли большинство клеток V. cholerae , заражающих людей из окружающей среды, ABNC или культивируемыми клетками. Одна из гипотез гласит, что если культивируемые клетки более заразны, чем клетки ABNC, то ID 50 , рассчитанный по общему количеству клеток, будет увеличиваться по мере уменьшения процента культивируемых клеток в популяции.Это было подтверждено в недавних экспериментах, предполагающих, что основными факторами инфицирования человека, вероятно, являются культивируемые клеток V. cholerae 65 . В будущих математических моделях передачи V. cholerae должна быть учтена возможность уменьшения скорости культивирования.

V. cholerae литический бактериофаг

Биология вибриофагов

Восемьдесят лет назад было предложено, чтобы бактериофаги могли контролировать естественные популяции патогенов 99,100 .Более поздние исследования в области морской микробиологии выявили элегантный баланс между бактериофагами и их цианобактериальной добычей 101 . С клинической точки зрения бактериофаги в принципе могут использоваться для профилактики или лечения инфекций. Действительно, документально подтверждена «фаговая терапия» против холеры и других заболеваний (ВСТАВКА 2). Существует не менее 200 видов бактериофагов, которые инфицируют V. cholerae , известных как вибриофаги 102,103 . Нитевидный лизогенный вибриофаг CTXΦ является одним из наиболее охарактеризованных, поскольку он несет гены, кодирующие токсин холеры 22 .Первым секвенированным геномом хвостатого вибриофага был геном κ139; этот вибриофаг может быть как лизогенным, так и литическим. Основным механизмом, с помощью которого V. cholerae O1 становится устойчивым к κ139 и многим другим вибриофагам, является мутация кластера генов rfb , который кодирует ферменты для синтеза LPS 104 . В отсутствие рецептора антигена LPS O вибриофаг не может связываться или инфицировать бактериальную клетку. Все протестированные на сегодняшний день мутанты rfb -null V. cholerae O1 являются аттенуированными 65,67,105 .

Ящик 2 | Исследование бактериофагов

В 1915–1917 годах Twort 114 и d’Hérelle 115 независимо друг от друга открыли бактериофаги. Д’Эрелль определил, что бактериальная инфекция на животных моделях может быть ослаблена бактериофагами, и в 1925 году состояние пациентов с бубонной чумой улучшилось после того, как д’Эрелль ввел бактериофаги непосредственно в их бубоны (увеличенные лимфатические узлы) 116 . Эти открытия привели к исследованию бактериофагов, в задачу которого входило изучение терапии бактериофагом холеры в Индии 116 .Их первое испытание терапии сравнивало 244 нелеченных пациента с холерой с 219 пациентами с холерой, которых лечили вибриофагами; в нелеченой группе смертность составила 20%, тогда как в обработанной группе — 6,8% (χ 2 , p <0,01). Другие исследования показали аналогичные результаты 5,116,117 . Несмотря на некоторые ограничения, характерные для той эпохи, расследование добилось достаточного успеха, чтобы расширить свои усилия 5 .

За 1928, 1929 и 1934 годы сотрудники по расследованию подготовили и распространили 36 000, 130 823 и 871 316 доз вибриофагов в то время, когда начались вспышки в конкретных исследуемых сообществах в Индии 116 .Вибриофаги также распространялись в общественных источниках питьевой воды для профилактики. Смертность от холеры сравнивалась с контрольными сообществами до и после вмешательств. Трехлетний коэффициент смертности от холеры снизился с 30 до 2 на 10 000 в регионах, которые лечились вибриофагами 117 . Хотя эти исследования имели несколько ограничений, они предоставляют единственные доступные данные об эффективности терапии вибриофагами. Достижения в области регидратации и антибиотикотерапии в 1930-х и 1940-х годах сделали испытания бактериофагов, основанные на конечных точках смертности, неэтичными и статистически сложными 116,118 .

Вибриофаги в окружающей среде

В 1930-х годах было обнаружено, что случаи холеры положительно коррелировали с изоляцией вибриофагов в водной среде 106 . В наше время была описана отсроченная положительная согласованность между ростом числа случаев холеры и последующим ростом вибриофагов в окружающей среде 107 . Модель, разработанная Jensen et al. предсказывает, что если вспышка будет инициирована увеличением В.cholerae в окружающей среде, плотность вибриофагов впоследствии будет увеличиваться, что в конечном итоге будет способствовать сокращению вспышки 108 . В Международном центре исследований диарейных заболеваний в Бангладеш (ICDDRB) рост случаев холеры был связан с согласованным, но отсроченным увеличением доли больных холерой с вибриофагами в стуле 109 . Вибриофаги, идентифицированные в этом исследовании, были литическими вибриофагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов вибриофагов 107 .Титры вибриофагов в стуле из рисовой воды варьировались от 10 2 до 10 8 бляшкообразующих единиц на миллилитр, что согласуется с другими публикациями 65,67 . Несмотря на присутствие литических вибриофагов, все стула были положительными на V. cholerae и V. cholerae , как правило, по количеству вибриофагов, по крайней мере, на один порядок. Последующие исследования показали, что большинство бактериальных изолятов из стула все еще чувствительны к вибриофагам 65,67 .Пока неясно, почему вибриофаги в кишечнике человека не могут избавиться от инфекции V. cholerae , но эта «неудача» может играть важную роль в распространении клональной экспансии фагов во время вспышек 109 .

Передача с точки зрения вибриофага

Современные эксперименты начали проверять гипотезу о том, что фаги могут ослаблять передачу бактерий. Например, тесты подвижности с использованием микроскопии в темном поле были использованы для быстрого скрининга стула из рисовой воды на наличие вибриофагов; стул, который был отрицательным в темном поле (не содержал подвижных вибрионов), с большей вероятностью содержал литические вибриофаги и имел низкое количество культивируемых клеток, но схожее общее количество клеток 77 .С помощью этого косвенного измерения для фагов было обнаружено, что по крайней мере половина пациентов с холерой, которые наблюдались в течение 5-летнего периода в ICDDRB, имели вибриофаги, а домашние контакты инфицированного пациента с положительным индексом вибриофага были менее вероятны. с V. cholerae , чем люди, которые контактировали с пациентом, который не был фагоположительным 77 . Эти результаты согласуются с выводом о десятикратном снижении инфекционной дозы В.cholerae , когда в стуле хозяина есть вибриофаги 67 .

V. cholerae обычно превосходит литические бактериофаги сразу после пассажа от хозяина 65 , 67 . В лабораторных экспериментах с использованием стула из рисовой воды, выращенного человеком, бактериофаги имеют начальный всплеск репликации в течение первых нескольких часов в водной среде и могут достигать отношения бактериофагов к бактериям примерно 1: 1 за 24 часа 65,67 .Хотя гиперинфекция может сохраняться в течение нескольких часов после пассажа от хозяина 65,70 , потеря культивирования (обсуждалось выше) и рост бактериофагов в водной среде, вероятно, объединяются, чтобы блокировать передачу 65 . Контрольные эксперименты с , полученным in vitro , V. cholerae и бактериофагами подтверждают, что бактериофаги могут ограничивать бремя инфекции 65,67 . Однако бактериофаги никогда не могут полностью блокировать инфекцию, потому что мутанты V.cholerae , у которых отсутствует зрелый ЛПС, избегают хищничества и колонизируют мышей, хотя и в меньшем количестве. Как уже упоминалось, мутанты LPS ослаблены и могут быть потеряны в естественном жизненном цикле V. cholerae 65,67,105 .

Таким образом, динамическое взаимодействие между бактериофагом и бактерией в воде пруда предполагает, что модель передачи холеры должна включать в себя меру быстрого снижения способности бактерий к культивированию и уничтожения бактериофагами. В закрытой экспериментальной системе передача В.cholerae можно свести к минимуму, если эти два фактора сочетаются в водной среде. Следовательно, вероятно, будет преимущество пригодности для V. cholerae , которое быстро перейдет к следующему хозяину, когда культивируемость все еще высока, а концентрация бактериофагов все еще низкая. В этом обзоре упоминалось несколько моделей, которые предлагают разные объяснения роста и спада вспышек с точки зрения хозяина (клинический спектр и коллективный иммунитет), бактерии (гиперинфекция) и бактериофага (хищничество).Мы объединили несколько опубликованных моделей в одну рабочую диаграмму, чтобы побудить задуматься о том, как эти факторы могут взаимодействовать в естественной среде (). Лучшее понимание того, как функционирует интегрированная модель, может раскрыть возможности для вмешательств в области общественного здравоохранения.

Комбинированная модель передачи холеры с точки зрения хозяина и микроорганизмов

Общая популяция (H) питает пул восприимчивых хозяев (S), которые становятся инфекционными (I) после употребления Vibrio cholerae из окружающей среды. источник, с литическими бактериофагами или без них (Φ).Инфицированные люди имеют симптомы (I symp ) или бессимптомны (I asymp ) и выздоравливают (R) благодаря действиям своей иммунной системы и, возможно, литических бактериофагов, или погибают от инфекции (m). Выздоровевшие люди будут повторно попадать в пул восприимчивых с разной скоростью (//) в зависимости от степени защитного иммунитета. Литические фаги и гиперинфекционные V. cholerae (VC Hi ) выделяются симптоматическим хозяином в различных концентрациях; бессимптомные хозяева выделяют гораздо меньше бактерий (пунктирная линия).Клетки VC Hi быстро переходят к следующему хозяину, сохраняются в окружающей среде в виде культивируемых клеток с неизвестной инфекционностью (VC C ) или распадаются в «активное, но не культивируемое» состояние (VC ABNC ) с пониженной инфекционностью. Все три типа клеток плюс совокупные бактерии (не показаны), вероятно, играют смешанную роль в качестве резервуаров окружающей среды для будущих вспышек.

Заключительные замечания

Модель передачи, которая точно предсказывает масштабы возникающей вспышки, предоставит органам общественного здравоохранения полезную информацию для надлежащего масштабирования их ответных мер.Вмешательства, нацеленные на жизненно важные этапы передачи, могут быть эффективными для предотвращения вспышек. Иммунитет хозяина, гиперинфекция патогенов и фаги — все это факторы, которые можно использовать для борьбы со вспышкой. Например, централизованные центры управления отходами часто терпят неудачу в условиях нехватки ресурсов. Поскольку пациенты с симптомами выделяют более V. cholerae , а V. cholerae в стуле из рисовой воды является гиперинфекционным, вспышки холеры лучше всего остановить у источника, уменьшив воздействие на человека свежевыпущенного гиперинфекционного стула.Другими словами, при сохранении централизованного управления следует поощрять и проверять децентрализованные усилия по целевому управлению отходами в единице домашнего хозяйства. Эта концепция подчеркивает решающую важность уже проверенных, но простых мероприятий в домашних условиях, таких как использование кувшинов с узким горлышком, хлорирование хранящейся воды и мытье рук, для профилактики заболеваний 110,111 .

Еще многое предстоит узнать об эффективности вакцины в естественных условиях холеры.Отказ от традиционных мер оценки эффективности вакцин путем включения преимуществ коллективного иммунитета продолжит раскрывать истинное влияние как существующих вакцин, так и вакцин, находящихся в разработке. Кроме того, понимание воздействия хищничества бактериофагов и того, как вакцины снижают пул восприимчивости до такой степени, что передача не может продолжаться, являются важными областями для будущих исследований. Ответы на многие вопросы, поставленные в этом обзоре, имеют решающее значение для стран с ограниченными ресурсами, таких как Зимбабве, для оптимизации использования ограниченных запасов вакцины и борьбы с пагубными последствиями неудовлетворительной санитарии.

Общая информация | Холера | CDC

Холера — это острое диарейное заболевание, вызванное инфицированием кишечника токсигенной бактерией Vibrio cholerae серогруппы O1 или O139. По оценкам, ежегодно во всем мире происходит 2,9 миллиона случаев заболевания и 95 000 случаев смерти. Инфекция часто протекает в легкой форме или без симптомов, но может быть тяжелой. Примерно у 1 из 10 человек, заболевших холерой, разовьются серьезные симптомы, такие как водянистая диарея, рвота и судороги в ногах.У этих людей быстрая потеря жидкости в организме приводит к обезвоживанию и шоку. Без лечения смерть может наступить в течение нескольких часов.

Бактерия холеры обычно обнаруживается в воде или в продуктах питания, зараженных фекалиями (фекалиями) человека, инфицированного холерными бактериями. Холера чаще всего возникает и распространяется в местах с неадекватной очисткой воды, плохой санитарией и несоответствующей гигиеной.

Бактерии холеры также могут жить в окружающей среде в солоноватых реках и прибрежных водах.Источником инфекции были моллюски, употребляемые в пищу в сыром виде. В редких случаях люди в США заразились холерой после употребления в пищу сырых или недоваренных моллюсков из Мексиканского залива.

Человек может заразиться холерой, выпив воду или приняв пищу, зараженную холерными бактериями. Во время эпидемии источником заражения обычно являются фекалии инфицированного человека, загрязняющие воду или пищу. Заболевание может быстро распространяться в районах с неадекватной очисткой сточных вод и питьевой воды. Маловероятно, что инфекция передается напрямую от одного человека к другому; поэтому случайный контакт с инфицированным человеком не является фактором риска заболевания.

Инфекция холеры часто протекает в легкой форме или без симптомов, но может быть тяжелой. Примерно у 1 из 10 человек, заболевших холерой, разовьются серьезные симптомы, такие как водянистая диарея, рвота и судороги в ногах. У этих людей быстрая потеря жидкости в организме приводит к обезвоживанию и шоку. Без лечения смерть может наступить в течение нескольких часов.

Обычно симптомы появляются через 2-3 дня после того, как человек проглотил бактерии холеры, но это время может варьироваться от нескольких часов до 5 дней.

Лица, живущие в местах с небезопасной питьевой водой, плохой санитарией и несоответствующей гигиеной, подвергаются наибольшему риску холеры.

Если вы считаете, что вы или член вашей семьи заболели холерой, немедленно обратитесь за медицинской помощью. Обезвоживание может быть быстрым, поэтому восполнение жидкости необходимо. Если у вас есть раствор для пероральной регидратации (ПРС), немедленно начните его принимать; это может спасти жизнь. Продолжайте пить ПРС дома и во время путешествий для лечения. Если у ребенка водянистая диарея, продолжайте кормить грудью.

Для проверки на холеру врачи должны взять образец стула или ректальный мазок и отправить его в лабораторию для поиска бактерий холеры.

Холеру можно просто и успешно вылечить путем немедленного возмещения жидкости и солей, теряемых при диарее. Пациентов можно лечить раствором для пероральной регидратации (ПРС), предварительно расфасованной смесью сахара и солей, которая смешивается с 1 литром воды и выпивается в больших количествах. Этот раствор используется во всем мире для лечения диареи.В тяжелых случаях также требуется внутривенное восполнение жидкости. При своевременной соответствующей регидратации умирает менее 1% больных холерой.

Антибиотики сокращают течение и уменьшают тяжесть заболевания, но они не так важны, как регидратация. Лицам, у которых в странах, где наблюдается холера, развиваются тяжелая диарея и рвота, следует незамедлительно обратиться за медицинской помощью.

Маловероятно, что болезнь передается напрямую от одного человека к другому; поэтому случайный контакт с инфицированным человеком не является фактором риска заболевания.

Будьте в курсе, возникали ли недавно случаи холеры в районе, который вы планируете посетить. Однако риск холеры для людей, посещающих районы с эпидемией холеры, очень низок, если предпринимаются простые меры профилактики.

Все посетители или жители районов, где наблюдается или уже возникла холера, должны следовать рекомендациям по предотвращению заболеваний:

  • Пейте только воду в бутылках, кипяченую или химически очищенную воду, а также напитки в бутылках или банках. При использовании напитков в бутылках убедитесь, что пломба не сломана.Газированная вода может быть безопаснее негазированной. Избегайте водопроводной воды, фонтанных напитков и кубиков льда.
  • Для дезинфекции собственной воды выберите один из следующих вариантов:
    • Варить 1 минуту, или
    • Отфильтруйте и добавьте ½ таблетки йода или 2 капли бытового отбеливателя на литр / кварту воды, или
    • Используйте имеющиеся в продаже таблетки для хлорирования воды в соответствии с инструкциями производителя.
  • Часто мойте руки чистой водой с мылом, особенно перед едой или приготовлением пищи, а также после посещения туалета.
    • Если под рукой нет воды и мыла, используйте дезинфицирующее средство для рук на спиртовой основе с содержанием спирта не менее 60%.
  • Используйте бутилированную, кипяченую или химически очищенную воду для мытья посуды, чистки зубов, мытья и приготовления пищи, а также для приготовления льда.
  • Ешьте упакованные или свежеприготовленные продукты, которые подают горячими.
    • Не ешьте сырое или недоваренное мясо и морепродукты, а также сырые или недоваренные фрукты и овощи, если они не очищены от кожуры.
  • Утилизируйте фекалии в соответствии с санитарными правилами, чтобы предотвратить загрязнение воды и источников пищи.
  • FDA одобрило внешний значок однодозовой живой пероральной вакцины против холеры под названием Vaxchora ® (лиофилизированный CVD 103-HgR) для взрослых от 18 до 64 лет, которые путешествуют в зону активной передачи токсигенных Vibrio cholerae O1 ( штамм, который чаще всего вызывает холеру). Вакцина обычно не рекомендуется большинству путешественников из Соединенных Штатов, потому что очень немногие посещают районы активной передачи холеры.Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) одобрила три других пероральных инактивированных или неживых вакцины против холеры: Дукорал ® , ШанЧол ® и Еввичол-Плюс ® / Еввичол ® для поставок в Организацию Объединенных Наций, но эти вакцины недоступны в США. Ни одна вакцина против холеры не обеспечивает 100% защиты, а вакцинация против холеры не заменяет стандартные меры профилактики и контроля, включая меры предосторожности в отношении продуктов питания и воды.
  • Для получения дополнительной информации посетите страницу «Вакцины».
  • Холера была распространена в Соединенных Штатах в 1800-х годах, но распространение, связанное с водой, было устранено современными системами очистки воды и сточных вод. Очень редко люди в США заболевают холерой после употребления в пищу сырых или недоваренных моллюсков из Мексиканского залива.
  • Тем не менее, путешественники из США в районы с эпидемией холеры (например, некоторые части Африки, Азии и Латинской Америки) могут подвергаться воздействию бактерий холеры и могут заболеть после прибытия домой.Некоторые путешественники привозили домой зараженные морепродукты из-за границы, что привело к холере.
  • Органы общественного здравоохранения США и других стран работают над усилением эпиднадзора за холерой, расследованием вспышек холеры и реагированием на них, а также разработкой и внедрением профилактических мер по всему миру. Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) расследуют эпидемию холеры, где бы она ни возникла, по приглашению пораженной страны и обучают лабораторных работников надлежащим методам выявления Vibrio cholerae .Кроме того, CDC предоставляет информацию о диагностике, лечении и профилактике холеры должностным лицам общественного здравоохранения и информирует общественность об эффективных профилактических мерах.
  • Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Глобальная целевая группа по борьбе с холерой (GTFCC) вместе с партнерами и различными заинтересованными сторонами запустили «Прекращение холеры — глобальный план действий до 2030 года», который является беспрецедентной инициативой по борьбе и сокращению передачи холеры во всем мире. В этом всеобъемлющем плане определены приоритеты по сокращению смертности от холеры на 90% и прекращению передачи инфекции в 20 странах к 2030 году.Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) поддерживают глобальную стратегию, участвуя в рабочих группах целевых групп по водоснабжению, санитарии и гигиене (WASH), ведению больных, эпидемиологии и эпиднадзору, лабораторным и оральным вакцинам против холеры.
  • Агентство США по международному развитию спонсирует некоторые международные мероприятия правительства США и предоставляет медицинские принадлежности, а также воду, средства санитарии и гигиены пострадавшим странам.
  • Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов тестирует импортных и отечественных моллюсков на В.cholerae и контролирует безопасность грядок моллюсков в США в рамках программы санитарной обработки моллюсков.

Роль мер контроля и окружающей среды в динамике передачи холеры

Холера — это инфекционное кишечное заболевание, которое возникает в результате плохих санитарных условий и отсутствия базового образования для его передачи. Он характеризуется обильной рвотой и сильной диареей, когда человек ест или пьет воду, загрязненную Vibrio cholerae .Разработана динамическая математическая модель, которая в явном виде моделирует механизм передачи холеры с учетом роли мер контроля и окружающей среды в передаче болезни. Модель включает две популяции: человеческую популяцию и популяцию бактерий. Метод следующего поколения используется для вычисления основного числа воспроизведений,. Показано, что как свободные от болезней, так и эндемические равновесия являются стабильными на местном и глобальном уровнях для значений меньше единицы и нестабильными в противном случае.Необходимые условия задачи оптимального управления были проанализированы с использованием принципа максимума Понтрягина с контрольными мероприятиями, такими как просветительская кампания и обработка водоемов, использованными для оптимизации целевой функции. Численные значения параметров модели оценивались нелинейным методом наименьших квадратов. Моделирование модели подтверждает важную роль, которую играют меры контроля (образование и обработка водоемов) и бактерии в окружающей среде в динамике передачи, а также в сокращении распространения холеры.

1. Введение

Холера — это инфекционное кишечное заболевание, характеризующееся обильной рвотой и острой водянистой диареей, которые вызваны употреблением пищи или питьевой воды, зараженной бактерией Vibrio cholerae [1, 2]. Когда человек инфицирован холерой, это приводит к обезвоживанию, а при отсутствии лечения может привести к смерти. На протяжении веков холера оставалась одним из самых ужасных заболеваний во всем мире. Vibrio cholerae , возбудитель холеры, является грамотрицательной бактерией, имеющей форму запятой.У него есть жгутик для подвижности и пили (волосовидная структура, которую он использует для прикрепления тканей). Солоноватоводная или соленая вода служит его естественной средой обитания; в результате он обычно содержится в устрицах и моллюсках.

Холера была впервые описана Гиппократом, который считается одной из самых выдающихся фигур в истории медицины. Исторически регион дельты Ганга в Азии считается первым регионом, зараженным холерой [3]. Считается, что холера распространилась по всему миру именно из этого региона.В течение пятнадцатого и восемнадцатого веков в Азии произошло несколько эпидемий. В 1892 году в Германии произошла крупная вспышка холеры, в результате которой погибло более 10 000 человек. Было установлено, что это было вызвано дефектом немецкой системы вывоза мусора. На протяжении столетий с 1817 г., то есть в течение девятнадцатого и двадцатого веков, произошло семь крупных пандемий холеры [3, 4]. Седьмая пандемия началась в Индонезии в 1961 году и достигла Западной Африки в 1970 году, а также в Америке в 1991 году.В девятнадцатом веке холера считалась не только страшной болезнью, но и угрозой национальной идентичности и национальной экономике [5].

Человеческое население несет общее бремя холеры. Холера служит индикатором отсутствия социальных удобств в большинстве стран, особенно в развивающихся, что представляет собой глобальную угрозу общественному здоровью. Популяции, живущие в антисанитарных условиях, увеличиваются, и повторное появление холеры также закралось. Число вспышек холеры, о которых сообщила Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), продолжает расти, среди которых в общей сложности 838 315 вспышек с 2004 по 2008 годы по сравнению с до 676 651 случая, уведомленных с 2000 по 2004 год [6].Также в 2006 году 52 страны сообщили о 236 896 случаях холеры, включая 6311 смертельных случаев, с коэффициентом летальности 2,7% [7]. Опять же, в 2011 году во всем мире было зарегистрировано 589 854 случая холеры, включая 7 816 смертей от холеры, из 58 стран с коэффициентом летальности 1,3% [8].

Множественные вспышки продолжались и в 21 веке, включая Индию, Иран, Вьетнам и несколько африканских стран [9]. Некоторые недавние вспышки произошли в Гаити и Нигерии в период с 2010 по 2011 год и в Южном Судане, Танзании, Ираке, Кении и Кубе с 2015 по 2016 год [8].Также в период с 2017 по 2018 год ВОЗ сообщила о 1084191 предполагаемом случае холеры с 2267 сопутствующими смертельными случаями в раздираемом войной Йемене [10]. Хотя холера легко уносит жизни, ее можно искоренить с помощью эффективных мер борьбы.

Джон Сноу признан одним из первых исследователей передачи холеры благодаря его работе по вспышке холеры в Сохо в 1854 году [11]. Он выполнил свою первую работу по холере в Лондоне, где он установил связь между передачей холеры и загрязненной водой.Он обнаружил, что метод профилактики холеры и борьбы с ней заключается в том, чтобы проследить ее источник до питьевой воды. Он понял, что, закрыв насос на широкой улице, который поставлял загрязненную воду в другие районы, можно искоренить перенос бактерий холеры в этом районе. Это открытие проложило путь для дальнейших исследований холеры, и позже, в 1883 году, Роберт Кох описал возбудителя холеры как изогнутую палочку и назвал ее Vibrio cholerae [3]. До конца 1970 г. считалось, что передача холеры от человека к человеку является основным путем передачи, хотя существуют и другие способы передачи.Фекалии или рвота зараженного человека являются переносчиками бактерий Vibrio cholerae и распространяются среди населения фекально-оральным путем. Холера часто передается через источники воды, зараженные Vibrio cholerae , хотя зараженные продукты, такие как сырые моллюски и устрицы, также могут передавать бактерии [12]. Когда зараженная пища попадает в организм, бактерии могут выжить, проходя через кислые условия желудка. Внутри тонкого кишечника, где происходит всасывание, бактерии Vibrio cholerae прикрепляются к стенке кишечника и начинают вырабатывать токсин холеры.Токсин попадает в клетки кишечника, заставляя их выделять воду и ионы, включая ионы натрия и хлора [13]. Морская среда, созданная внутри кишечника, может за счет осмоса втягивать до шести литров воды в кишечник каждый день. Это приводит к водянистой диарее и сильному обезвоживанию. Симптомы холеры являются прямым результатом этого нападения на тело, которое включает сильную диарею и рвоту, что приводит к общей слабости тела и головокружению.

Можно искоренить холеру с помощью соответствующих мер, таких как безопасная питьевая вода и незагрязненные продукты. Меры по профилактике холеры включают, помимо прочего, предоставление очищенной воды и надлежащую санитарию эндемичным по холере общинам. Также некоторую защиту можно получить с помощью пероральных вакцин для иммунитета. Эффективность этой пероральной вакцины составляет около 80% в течение трех месяцев после введения однократной пероральной дозы взрослым в возрасте от 18 до 64 лет.

На основе этих знаний на протяжении многих лет разрабатывались эффективные стратегии профилактики и вмешательства путем формулирования математических моделей, обеспечивающих уникальный подход к получению базового представления о динамике холеры [14]. Например [15], построена модель холеры, которая явно включает окружающую среду как компонент в регулярную систему, чтобы сформировать комбинированную среду для эпидемиологической модели человека (). Эта модель позволила тщательно изучить сложное взаимодействие между человеком-хозяином и патогеном окружающей среды.Это привело к лучшему пониманию механизма передачи холеры, а также послужило стимулом для разработки нескольких других моделей холеры.

Более общая модель, которая учитывала различные инфекционные состояния Vibrio cholerae , была разработана в [16]. Их модель состояла из пяти уравнений, описывающих динамику восприимчивой, заразной и удаленной человеческой популяции. Он также включал динамику гиперинфекционного состояния и низкоинфекционного состояний у популяции Vibrio cholerae .В своей модели они предположили, что общая численность населения N является постоянной, а также предположили постоянный коэффициент рождаемости и смертности b . Инфекция вызывается проглатыванием загрязненной воды (гиперинфекционными вибрионами) или (низкоинфекционными вибрионами).

Основываясь на работе [15], Mukandavire et al. [17] разработали модель, включив фактор передачи от человека к человеку. То есть взаимодействия между классом восприимчивых и инфекционных. Они смогли оценить базовое количество воспроизводимых животных во время вспышки холеры в Зимбабве в 2008–2009 годах.Они снова представили модель, адаптированную к зимбабвийским данным, которая позволила понять природу эпидемии в Зимбабве. Это помогло в более широком масштабе бороться с холерой на глобальном уровне. В частности, они использовали зимбабвийские данные для получения оценок основного репродуктивного числа холеры на региональной основе.

В другой разработке Tuite et al. [18] построили компартментальную модель передачи, которая характеризует население как восприимчивое к инфекции, инфицированное и заразное для других.Они также охарактеризовали выздоровевших или иным образом исключили риск дальнейшего заражения. Они предположили, что холера может передаваться либо через загрязненную воду, либо при тесном контакте с инфицированным человеком. Они также выяснили, что передача через воду является критическим способом передачи. Поэтому они добавили в модель водный отсек. В качестве меры контроля они ввели вакцинацию в модель, перемещая людей из восприимчивого компартмента в восстановленный или иммунный компартмент после завершения вакцинации.Они также исследовали относительный эффект замены вакцинации в качестве меры контроля предоставлением чистой воды, что привело к сокращению числа людей, восприимчивых к заражению через зараженную воду. С развитием систем санитарии и доступности питьевой воды, а также с повышенным вниманием к вопросам личной гигиены, заболеваемость холерой больше не была проблемой.

Кроме того, Sun et al. [19] предложили математическую модель, описывающую передачу холеры в Китае. В своей модели они вычислили базовое число воспроизводства и глобальную динамику системы.Хотя они рассмотрели контрольные параметры, а именно уровень охвата иммунизацией и управление окружающей средой, особенно питьевую воду, они не смогли применить анализ оптимального контроля. Следовательно, они не могли использовать принцип максимума Понтрягина, который является одним из методов, используемых в задачах теории управления, для поиска наилучшего возможного управления для перевода динамической системы из одного состояния в другое. Они также не принимали во внимание особенности бактерий, такие как способность бактерий к переносимости в окружающей среде, в которой они развиваются.Следовательно, они не могли заставить элементы управления работать эффективно.

Ainea et al. [20] также предложили и проанализировали детерминированную модель холеры в Танзании, чтобы помочь искоренить холеру. Необходимые условия задачи оптимального управления проанализированы с применением принципа максимума Понтрягина. Они включали в себя две стратегии контроля: образовательную кампанию и очистку воды. Тем не менее, они не проводили аналитических расчетов своей модели для определения основного числа воспроизводств, которое служит пороговым значением для динамики системы и болезни.

Опять же, Ezeagu et al. [21] также рассмотрели математическую модель передачи динамики холеры с классом карантина и параметром вакцинации в качестве стратегии контроля. Они определили постоянные решения модели, то есть точки равновесия, свободные от болезней и эндемичные. Они также использовали матрицу следующего поколения для определения основного числа воспроизводств около точек равновесия без болезней. Их результат показал, что, применяя меры контроля, болезнь можно искоренить.Более того, многие из таких работ изучены и зафиксированы в [2, 22–26].

Мотивация для этой статьи исходит из различных исследований, проведенных в динамике передачи холеры. Однако в этой статье мы приняли во внимание насыщенный уровень заболеваемости, при котором количество эффективных контактов между инфицированными и восприимчивыми людьми может достигать высоких уровней заражения из-за скопления инфицированных людей или из-за применения некоторых мер восприимчивыми людьми для распространение болезни.Было замечено, что это играет важную роль в динамике передачи болезней. Кроме того, не просто рассматривая популяцию бактерий как компартмент, мы предполагаем член логистического уравнения для роста бактерий в окружающей среде. Это сделано для того, чтобы помочь установить поведение бактерий в замкнутой среде, что позволяет отслеживать выживаемость бактерий, поскольку популяция бактерий становится все меньше и меньше по мере того, как размер популяции приближается к максимуму.Пропускная способность также действует как мера контроля, поскольку становится ограничивающим значением для популяции бактерий. Наконец, были также применены некоторые меры контроля, чтобы установить динамику передачи холеры.

2. Формулировка модели

В этом разделе мы разрабатываем модель передачи холеры среди хорошо перемешанного населения. Это объединенная система человеческой популяции и бактерий ( B ) в окружающей среде в качестве компартмента для формирования модели. Общая численность населения на момент времени t обозначается значком, и она разделена между тремя различными частями.Это восприимчивые люди, обозначенные ( S ), инфекционные индивидуумы, обозначенные ( I ), и выздоровевшие, обозначенные ( R ).

Чтобы сформулировать модель математически, мы предполагаем, что люди набираются в восприимчивый отсек с определенной скоростью. Пропорция τ восприимчивых людей вакцинирована, что обеспечивает некоторый иммунитет против инфекции. Как указано в [27], мы также предполагаем, что люди, выздоравливающие от холеры в результате вакцинации, вырабатывают иммунитет, который защищает их от восприимчивости к болезни в течение нескольких лет.Однако восприимчивые люди могут заразиться либо при контакте с инфицированным человеком, либо с бактериями в окружающей среде. Инфицированные люди передают холеру восприимчивым людям со скоростью, а восприимчивые люди заражаются бактериями из окружающей среды со скоростью. Параметр ω — концентрация вибрионов. Таким образом, сила инфекции представлена ​​выражением, где — коэффициент заболеваемости при насыщении с постоянным α , регулирующим соответствующую форму заболеваемости, которая определяет скорость новой инфекции.В результате, если, то соответствующая инцидентность сводится к стандартной билинейной на основе закона действия масс. Если, то соответствующая заболеваемость представляет собой следствие эффектов насыщения: когда число инфицированных велико, уровень заболеваемости будет медленнее, чем линейно реагировать на увеличение I .

Поскольку рассматривается ограниченная область, то есть окружающая среда, рост бактерий представлен с помощью логистического уравнения, где r — скорость роста, а K — несущая способность бактерий.Также рассматриваются меры контроля, которые включают обучение восприимчивых людей и обработку водоемов. Следовательно, восприимчивые люди реже заражаются холерой от инфицированного человека, что измеряет эффективность образовательной кампании. Если, то образовательная кампания будет бесполезной, а если, то образовательная кампания на 100% эффективна в предотвращении холеры. Рассмотрены естественный коэффициент смертности μ и коэффициент смертности от болезней γ .Также существует скорость распада δ для популяции бактерий. Общая динамика трансмиссии показана на рисунке 1.


В таблице 1 кратко описаны параметры, используемые в модели отсеков.

31139 .1139Анализ модели

Из рисунка 1 мы можем выразить временную эволюцию состояний населения в следующих детерминированных нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнениях:

3.1. Основные свойства модели

Теорема 1. Биологически допустимая область задается следующим набором: с неотрицательными начальными условиями и,, и. Она ограничена, положительно инвариантна и притягивает по отношению к системе (1) для всех.

Доказательство. Суммируя систему (1), мы получаем Решение уравнения (3): Учитывая начальные условия при, пусть будет начальным значением для всего населения.Следовательно, As, каждое решение уравнения (3) удовлетворяет следующему условию: где — сумма всех начальных условий переменных системы (1). Общая численность населения в момент времени t будет ограничена выше if. Следовательно, для любого решения системы (1) оно либо остается внутри, либо асимптотически приближается. Таким образом, является положительно инвариантным и привлекательным по отношению к модели.

3.2. Положительность и ограниченность решений

Поскольку модель отслеживает человеческую популяцию, мы показываем, что все переменные состояния всегда остаются неотрицательными.

Теорема 2. Пусть, тогда решения системы (1) положительны для всех.

Доказательство. Учитывая это, это означает, что, учитывая первое уравнение в системе (1), из уравнения (10), поскольку оно положительное, мы получаем разделение переменных, а затем интегрирование обеих сторон дает. Аналогичным образом решение для остальных переменных состояния получается следующим образом : Следовательно, и при всех начальных условиях.

3.3. Модель устойчивых состояний

В этом разделе определяются точки равновесия системы (1), то есть точка равновесия без болезней (DFE), обозначаемая, и эндемическая точка равновесия (EE), обозначаемая,.Стабильность модели исследуется с использованием базового репродуктивного числа,.

3.3.1. Точка равновесия без заболевания (DFE),

В отсутствие Vibrio cholerae и путем разрешения системы (1) состояние DFE получается как

3.3.2. Эндемическая точка равновесия (EE),

Эндемическая точка равновесия, является нетривиальной точкой равновесия системы (1). Решая эти уравнения, мы можем соответственно получить равновесные решения различных состояний как где

3.3.3. Базовый репродуктивный номер,

Базовый репродуктивный номер — это ожидаемое количество вторичных случаев, которые возникают, когда одна бактерия Vibrio cholerae вводится в полностью восприимчивую среду, а также один заразный индивидуум вводится в полностью восприимчивую популяцию [28 ]. Он рассчитывается с использованием метода, описанного в [29], и получается как

Верхний индекс c используется для выделения модели с элементами управления по сравнению с базовым числом воспроизведения, когда параметры управления взяты из модели, которая дана as

Можно увидеть то, что показывает и описывает, как люди передают холеру другим людям, а также как бактерии в окружающей среде способствуют передаче холеры.Далее показано, как каждый из элементов управления может снизить значение ниже 1, чтобы болезнь была искоренена.

3.3.4. Анализ с контрольными мерами

Базовое воспроизводимое число в уравнении (17) снова используется, чтобы показать эффективность соответствующих контрольных мер при их применении. Если обучение людей сокращению контактов между инфицированным человеком и восприимчивыми людьми, а также информирование инфицированных людей о путях передачи и профилактике холеры является единственной применяемой мерой контроля, то есть, тогда базовое число воспроизводимости определяется выражением

Если обработка водных объектов в окружающей среде также является единственной применяемой мерой контроля, то базовый репродуктивный номер получается как

3.4. Локальная устойчивость DFE

Локальная устойчивость DFE достигается линеаризацией системы (1), то есть вычислением ее матрицы Якоби,. Матрица Якоби вычисляется путем дифференцирования каждого уравнения в системе (1) по переменным состояния.

Теорема 3. Если, то состояние равновесия без болезней, которое задается, является локально асимптотически стабильным в области, определяемой и нестабильным, когда.

Доказательство. Состояние равновесия без болезней является локально устойчивым, если все собственные значения матрицы Якоби отрицательны.Матрица имеет все собственные значения отрицательные, только если след и определитель. Затем мы линеаризуем систему (1), чтобы получить матрицу, имеющую собственные значения и отрицательные действительные части. Это означает, что можно свести к получению Из уравнения (22) характеристический многочлен можно записать в виде где При применении критериев Рауса-Гурвица для матрицы в уравнении (22) требуется, чтобы и в уравнении (23) было больше нуля, что является необходимое условие, чтобы корень многочлена был отрицательным или имел отрицательную действительную часть.Таким образом, мы наблюдаем это, и это означает, что равновесие без болезней является локально стабильным.

3.5. Глобальная стабильность DFE

В этом разделе с помощью теоремы Ляпунова показано, что состояние равновесия без болезней является глобально стабильным.

Теорема 4. Безболезненное равновесие глобально асимптотически устойчиво, если и нестабильно в противном случае.

Доказательство. Применяя метод из [30], пусть будет функция Ляпунова с некоторыми неотрицательными параметрами, θ и, такая, что дифференциация функции Ляпунова по времени дает Подстановка и в уравнение (27) дает Группирование подобных членов для I и B , мы имеем После формирования функции Ляпунова, заданной как на пространстве двух переменных состояния, наблюдается, что если и at глобально устойчивы (то есть, и), то.Следовательно, подстановка значений и дает Приравнивание коэффициентов I в уравнении (30) к нулю, что соответствует состоянию равновесия без болезней, и применение свойства умножения равенства, которое гласит, что если и, то. Мы можем получить уравнение (31) из уравнения (30), где уравнение (31) задается путем выбора и последующей подстановки в уравнение (30) giveAfter некоторых алгебраических вычислений, мы получаем, следовательно, тогда и только тогда и тогда. В результате самый большой компактный инвариантный набор в является одноэлементным набором.Из принципа инвариантности Ла Сала можно сделать вывод, что он глобально асимптотически устойчив в if.

3,6. Локальная стабильность EE

Теорема 5. Эндемическая точка равновесия, которая определяется как, является локально асимптотически стабильной в области, определяемой if, и становится нестабильной, если.

Доказательство. На основе подхода [31, 32] теорема доказывается на основе EE, определенного в уравнении (15). Поскольку все значения положительны, значение выражается через то, что даетSince положительно, когда подразумевает, что EE является локально асимптотически устойчивым.

3,7. Глобальная устойчивость EE

С учетом метода, использованного в [19], функция Ляпунова определяется как

Производная от находится вдоль решений системы (1), чтобы получить

После некоторых алгебраических вычислений

Следовательно,

Рассматривая функцию, мы знаем, что приводит к и дает

Кроме того,

Кроме того,

Следовательно,

Следовательно, наибольшее инвариантное подмножество в is. Следовательно, согласно принципу инвариантности Ла Саль, глобально асимптотически устойчив, когда [33].

3.8. Метод подгонки модели

Анализ данных об инфекционных заболеваниях — нестандартная задача. В результате было разработано множество подходов. В этом разделе учитывается нелинейный метод наименьших квадратов, также известный как метод Нелдера – Мида, математический метод, который используется для оценки значений параметров, используемых в модели холеры. Для реализации нелинейного метода наименьших квадратов модельная система (1) записывается в следующем виде: где функция f зависит от времени t и переменной состояния y и вектора параметров θ подлежат оценке.Вектор переменной состояния задается как

. Идея, используемая для выполнения метода наименьших квадратов для оценки параметров, состоит в том, чтобы минимизировать сумму разницы между наблюдаемыми точками данных и решением модели, связанным с параметром модели θ . Следовательно, учитывая n точек данных, для, мы стремимся минимизировать целевую функцию, заданную как

. Следовательно, нахождение вектора параметров θ , который наилучшим образом соответствует модели, подразумевает решение следующей задачи оптимизации: для, где m — количество оцениваемых параметров.Модель реализована с использованием Python и затем соответствует реальным данным, полученным из банка данных ВОЗ.

Параметры управления могут принимать минимальное значение 0 и максимальное значение 1. Если и, то, и если, то. В противном случае и. Таким образом, для управляющих параметров и получается оптимальное значение функции.

Скорость взаимодействия и кинетика рассчитаны на основе реальных данных, полученных из центра данных Всемирной организации здравоохранения по холере для Ганы [34]. Мы также учитываем опубликованные литературные данные, где это применимо.Подходящая кривая для нашей модели, показанная на рисунке 2, получена с использованием данных путем применения метода нелинейных наименьших квадратов (NLS), как описано выше.


Контрольные меры были использованы для определения долгосрочного эффекта холеры с использованием данных. На Рисунке 3 мы наблюдали спроектированный график, показывающий тенденцию к снижению случаев холеры при эффективном применении мер контроля. Эта тенденция к снижению может быть связана с включением в модель образования и обработки водных объектов.


Взаимодействие с людьми в окружающей среде в окружающей среде 42 42 Скорость восстановления

932 966 932

932 932 932 932 Естественная смертность -индуцированная смертность

Параметр Описание

Скорость Vibrio Взаимодействие с людьми

Обучение людей тому, как снизить контакт между инфицированными людьми
Обработка водных объектов в окружающей среде
ω Концентрация холерного вибриона 51
Переносная способность холерного вибриона
r Скорость роста каждого холерного вибриона в окружающей среде
η Скорость человеческого вклада в Vibrio cholerae
δ Скорость распада вибрионов
μ
τ Уровень вакцинации
α Коэффициент насыщения

933 966 932 η001 / день 39 4. Анализ оптимального управления

В этом разделе мы обсудили оптимальное управление моделью путем минимизации распространения холеры с помощью параметров управления и. Пусть для — линейные функции. Меры контроля и очень эффективны, когда и не эффективны, когда.Мера контроля — это образовательная кампания, проводимая для людей с целью снижения холеры, и обработка водоемов. Рассматривая использование ограниченного измеримого управления по Лебегу, мы определяем целевую функцию, которая должна быть минимизирована, поскольку где — период времени вмешательства. Динамика управлений для минимизации целевой функции задается системой (1). Соответствующее базовое число воспроизведения для системы (1) дается в уравнении (17). Мы минимизируем инфекционную популяцию людей ( I ) и бактерии ( B ), а также затраты, связанные с внедрением мер контроля и.Функциональная цель включает социальные издержки, связанные с обучением уязвимых людей и очисткой водоемов. Количество представляет собой стоимость, связанную с минимизацией инфицированной человеческой популяции, и представляет собой стоимость, связанную с минимизацией популяции бактерий в окружающей среде. Затраты, соответствующие и, являются линейными, тогда как функции управления затратами и нелинейны. Лагранжиан задачи оптимального управления задается формулой

. Для определения минимального значения лагранжиана определяется гамильтониан H для задачи управления как где — сопряженные переменные.Дифференциальные уравнения сопряженных переменных получаются путем взятия частных производных гамильтонова уравнения, то есть уравнения (49) по переменным состояния, что дает

Теорема 6. Учитывая оптимальные управления и решения соответствующих уравнение состояния (50), которое минимизирует целевую функцию по области, тогда существуют сопряженные переменные, удовлетворяющие Таким образом, оптимальные решения даются

Доказательство. Дифференцируя гамильтониан относительно различных мер управления и приравнивая их к нулю, мы получили Изготовление и объект из уравнений (53) и (54), соответственно, дает Следовательно, и используются в программировании на Python для моделирования.

4.1. Моделирование оптимального управления

Для моделирования модели оптимального управления использовался язык программирования Python с использованием набора параметров, полученных из наборов данных. Некоторые из этих параметров приведены только для иллюстрации.В таблице 2 представлены значения параметров модели, использованные для моделирования. Также были рассмотрены следующие начальные условия:

Мы описали элементы управления, используя следующие стратегии (I, II и III). Однако рисунки 4–6 представляют собой контрольные профили, в то время как остальные графики представляют собой графики зависимости инфицированной человеческой популяции и популяции бактерий от времени в годах. Они представляют собой эффект оптимального контроля и сокращение числа инфицированных людей, а также бактерий в окружающей среде.




4.1.1. Стратегия I: Контроль с помощью образовательной кампании и очистки водоемов

Применяемая стратегия заключается в получении оптимальных имитационных моделей контроля, описывающих эффективность двух мер контроля, то есть при применении к инфекционному классу. Базовое число воспроизведений, полученное при применении этой стратегии, равно.

(1) Популяция бактерий . Когда не применяются никакие меры контроля, то есть наблюдается увеличение популяции бактерий.Доступ к безопасной питьевой воде и санитарии очень важен, когда речь идет о передаче холеры. Поэтому, когда не применяются никакие меры борьбы, болезнь становится стойкой среди населения. При наличии контрольных мероприятий; то есть популяция бактерий в окружающей среде уменьшается. Поскольку очистка водоемов сводит к минимуму концентрацию бактерий среди населения, люди получают доступ к безопасной питьевой воде. Также образовательная кампания информирует инфицированных людей, особенно о том, чтобы не распространять болезнь, поскольку цель образовательной кампании состоит в том, чтобы изучить осведомленность о болезни, способах передачи и профилактике.Следовательно, это снижает популяцию бактерий в окружающей среде, как показано на Рисунке 7.


(2) Зараженные лица . Если не применять никаких мер контроля, количество инфицированных увеличится в популяции. С другой стороны, когда применяются меры контроля, такие как образовательная кампания, инфицированные люди будут знать причины, передачу и последствия холеры. Это уменьшило бы их действия, направленные на экологические условия, способствующие распространению холеры.Эти действия могут включать разрушение водоемов из-за дефекации возле водоемов, мусора вокруг людей, вызывающего плохие системы санитарии, людей, скапливающихся в лагерях, и т. Д. Следовательно, количество инфицированных людей в популяции будет уменьшаться, как показано на Рисунке 8. На диаграмме С другой стороны, когда водные объекты обрабатываются, частота повторного заражения снижается.


4.1.2. Стратегия II: Контроль только с помощью образовательной кампании

Применяемая стратегия заключается в получении оптимальных имитаций контроля, которые описывают эффективность одной меры контроля (то есть образовательной кампании) при ее применении.Базовое число воспроизведений, полученное при применении этой стратегии, равно.

(1) Популяция бактерий . Когда не применяются меры борьбы, популяция бактерий в окружающей среде увеличивается. Участие сообщества помогает в борьбе с холерой. Когда людей обучают, показывая им, как и нужно мыть руки с мылом и проточной водой после посещения туалета, это уменьшит количество бактерий, которые они собирают в таких местах.Это помогает уменьшить популяцию бактерий в окружающей среде, как показано на Рисунке 9. Таким образом, применение только образовательной кампании в качестве меры контроля эффективно в борьбе с распространением холеры.


(2) Зараженные лица . Число инфицированных увеличивается, когда не применяются меры борьбы. Между тем, когда инфицированные люди, которые являются основными источниками бактерий в окружающей среде, узнают о причинах, способах передачи и последствиях холеры, их неосведомленные действия, способствующие распространению бактерий, уменьшатся.Эти люди будут знать, что они должны испражняться только в специально отведенных местах, чтобы не распространять бактерии. Это идет рука об руку, чтобы помочь сократить количество инфицированных людей в популяции, как показано на Рисунке 10. Следовательно, с применением только одной меры контроля, то есть путем обучения людей, распространение болезни можно контролировать и сдерживать. показано математически с расширением.


4.2. Стратегия II: Контроль с обработкой только водных объектов

Здесь применяется стратегия для получения оптимальных имитаций контроля, которые описывают эффективность обработки водных объектов как единственную применяемую меру контроля.Базовое число воспроизведений, полученное при применении этой стратегии, равно.

(1) Популяция бактерий . Популяция бактерий в окружающей среде увеличивается, когда не применяются меры борьбы. Однако, когда зараженные водные объекты обрабатываются, популяция бактерий в водоеме уменьшается из-за снижения концентрации роста бактерий, как показано на Рисунке 11.


(2) Зараженные лица . На Рисунке 12 видно, что нет изменений в инфицированном населении, даже если применяется контроль (обработка водоемов).Это связано с тем, что в полностью инфицированном населении без позитивного изменения поведения инфицированных особей обработка водоемов сама по себе не даст результатов. Следовательно, обработка инфицированных водоемов оказывает меньшее воздействие на инфицированных людей, поскольку не проводится просветительских кампаний, помогающих остановить их невежественную деятельность, которая способствует распространению холеры. Это подтверждается математически, поскольку число воспроизводства, присвоенное обработке водоемов как единственной меры контроля в популяции, было больше единицы (т.е.,).


5. Заключение

В этой статье была разработана математическая модель и проведен анализ роли мер контроля и окружающей среды в динамике передачи холеры. Было вычислено базовое число воспроизведения, которое играет роль порогового значения для динамики системы. Также были получены числа воспроизводства с одной или двумя стратегиями контроля. Также была доказана локальная и глобальная стабильность равновесия без болезней и эндемического равновесия.Модель оптимизирована; образовательная кампания и отношение к водным объектам как к мерам контроля были использованы для оптимизации целевой функции, определяемой уравнением (47). Численное моделирование модели оптимального управления показывает эффективность этих мер управления при их применении. Было отмечено, что лучшая альтернативная стратегия, когда должна применяться одна мера контроля, — это просвещение людей о путях передачи и профилактике холеры по сравнению с обработкой водоемов, потому что для борьбы с холерой с помощью образовательных кампаний было достигнуто число воспроизводимых. в отличие от борьбы с холерой только путем очистки водоемов.Однако лучшая стратегия — это применение обеих мер контроля, то есть применение как просветительских кампаний, так и обработки водоемов.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, были получены из центра данных Всемирной организации здравоохранения и снабжены соответствующими ссылками.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Вклад авторов

Все авторы задумали и разработали исследование.Все авторы прочитали и одобрили окончательную версию рукописи.

Благодарности

Авторы благодарят за поддержку инициативы Next Einstein Африканского института математических наук, Гана (Ежегодный грант для обучения в аспирантуре). Авторы с благодарностью выражают признательность Африканскому институту математических наук, Гана, за поддержку в создании этой рукописи.

Границы | Vibrio cholerae передается через воду среди домашних контактов с больными холерой в эндемичных по холере прибрежных деревнях Бангладеш, 2015–2016 гг. (Испытание CHoBI7)

Введение

Холера — это острое обезвоживающее, потенциально опасное для жизни диарейное заболевание, передающееся через загрязненную питьевую воду и плохую инфраструктуру и практику WASH в условиях ограниченных ресурсов (1).Холера во всем мире остается серьезной проблемой общественного здравоохранения, ежегодно вызывая около 4,0 миллионов случаев заболевания и 95 000 смертей (2).

Холера — тяжелая форма острой диареи, вызываемая гамма-протеобактериями Vibrio cholerae . Из более чем 200 серогрупп V. cholerae только серогруппы O1 и O139, которые обладают мощным холерным токсином (CT), кодируемым нитчатым профагом, лизогенизирующимся в геном бактерии, ответственны за эпидемию и пандемию холеры во всем мире (3). .Серогруппа O1 имеет два биотипа: классический (CL) и Эль-Тор (ET), которые различаются по основным фенотипическим и генетическим признакам (4).

V. cholerae Классический биотип O1 вызвал шестую и предположительно более раннюю пандемию из семи пандемий холеры, прежде чем был заменен биотипом ET, который с 1961 года стал причиной продолжающейся седьмой пандемии (4, 5). Штаммы биотипа Эль Тор претерпели генетические изменения, такие как новый гибрид Эль Тор, несущий классический биотип СТ (6).Эти варианты штаммов Эль-Тор называются «гипервирулентными» из-за их способности продуцировать больше токсина холеры, большей способности к распространению во время эпидемий и повышенной конкурентоспособности для колонизации, чем у многих изолятов ET (7–9).

Фактический способ передачи V. cholerae среди больных холерой остается дискуссионным. Некоторые исследования показывают, что V. cholerae передается фекально-орально через загрязненную воду (7, 10–12) по «медленному» пути от человека к водной среде — к человеку (13).Однако ключевым элементом передачи может быть недавно выявленная гиперинфекционная фаза, которая сохраняется в течение нескольких часов после прохождения с диарейными фекалиями и может быстро передаваться среди членов семьи больных холерой, следуя более быстрому пути передачи от человека к человеку через фекалии. -ротовое заражение (13, 14). Больных холерой и экологический резервуар можно рассматривать как потенциальный источник вспышки, но их отношение к передаче холеры является предметом серьезных споров.Члены семьи, больные холерой, подвергаются более чем в 100 раз большему риску заражения холерой, чем население в целом (15). Более того, несмотря на значительную работу, проделанную в этой области, точный источник и способ передачи для усиления болезни для достижения эпидемического статуса до сих пор полностью не выяснены.

Предыдущие исследования показали, что водная среда эстуариев Бенгальского залива является естественной средой обитания токсигенных V. cholerae (16–19).В этих регионах низкая соленость рек или неглубоких колодцев (в среднем от 2,8 до 8,2 ppt) и температура от 26 до 35 ° C в сухой сезон (20) способствует росту и размножению V. cholerae . Люди, живущие в этом регионе, подвержены высокому риску холеры, поскольку проникновение соли (20) в поверхностные водоемы поддерживает рост и выживание токсигенных V. cholerae . Высокая плотность населения представляет собой идеальную среду для заражения людей V.cholerae , вызывающая смертельную болезнь холеру (13, 18, 21). Кроме того, предыдущие исследования показали, что загрязненная вода в домах является важным фактором риска холеры среди членов домохозяйства и, вероятно, связана с совместным использованием загрязненных источников окружающей среды или вторичной передачей инфекции в результате плохой гигиены (22–24).

В нашем недавнем когортном исследовании, посвященном изучению факторов риска инфекций холеры среди 76 семей, контактировавших с больными холерой в сельских районах Бакергандж и Матбариа, Бангладеш, мы обнаружили, что в 37% семей больных холерой есть члены семьи, инфицированные холерой путем бактериального посева.Кроме того, в 27% хозяйственных запасов питьевой воды и в 13% источников воды в домохозяйствах пациентов было V. cholerae . Кроме того, домашние контакты с V. cholerae в их исходной воде имели значительно более высокие шансы симптоматической инфекции холеры 25. Rafique et al. (26), проанализировав V. cholerae O1, выделенных из клинических случаев холеры, их домашних контактов, а также образцов питьевой воды и источников воды в рамках рандомизированного контролируемого исследования мытья рук с мылом в больницах и лечения водой [Cholera-Hospital- Исследование на основе 7-дневного вмешательства (CHoBI7)] (27) с помощью гель-электрофореза в импульсном поле (PFGE) показало, что вода является источником передачи холеры среди исследуемых домохозяйств в городе Дакка, Бангладеш.Однако, насколько нам известно, исследований, в которых изучались бы модели передачи холеры в домашних хозяйствах пациентов в сельской местности, особенно в прибрежных деревнях Бангладеш, не проводилось, что важно для определения мероприятий по сокращению передачи холеры. В настоящем исследовании мы изучаем пути передачи инфекции холеры от человека человеку и в окружающей среде среди домашних контактов больных холерой с использованием гель-электрофореза в импульсном поле (PFGE) выбранных V. cholerae O1, выделенных из прибрежных деревень Бангладеш, а именно Матбария и Бакергандж. для определения путей передачи, на которые следует обратить внимание в будущих вмешательствах.

Материалы и методы

Описание учебных мест

Наше исследование проводилось в Бакергандже и Матбарии, Бангладеш. Бакергандж находится в южном районе Барисал, примерно в 70 км к северу от побережья Бенгальского залива и примерно в 300 км к юго-западу от Дакки, столицы Бангладеш (рис. 1). Дополнительные сведения об этом сайте исследования опубликованы в Alam et al. (16). Предыдущие исследования показали значительную корреляцию между экологией и эпидемиологией V.cholerae и отдельные параметры среды в Бакерганже (21, 28).

Рисунок 1 . Карта Бакерганджа с точной точкой GPS (глобальной системы позиционирования) для определения местоположения домохозяйств больных холерой (BP, пациент Бакергандж; BH, домашние контакты Бакерганджа; BW, вода Бакерганджа; UHC, Комплекс здоровья Упазила). На этой карте показано распределение репрезентативных ( n = 16) домашних хозяйств больных холерой.

Второй исследовательский участок — Матбария, расположенный рядом с Бенгальским заливом, в непосредственной близости от мангрового леса Сандербан и примерно в 400 км к юго-западу от Дакки (рис. 2).Основная река, Балешвар, протекает вдоль западной границы Матбарии, рядом с тропическим мангровым лесом Сундарбана, временной островной системы этой части Бенгальского залива. Предыдущее исследование обнаружило присутствие токсигенного вещества V. cholerae в водной среде Матбарии, которое является причиной эндемичности холеры в этой области (17).

Рисунок 2 . Карта Матбарии с точной точкой GPS (глобальной системы позиционирования) для определения местоположения семей больных холерой (MP, пациент Mathbaria; MW, дом Mathbaria; UHC, Health Complex Upazila).На этой карте показано распределение репрезентативных ( n = 6) домашних хозяйств больных холерой.

Процедуры исследования

Запись

Пациенты с подозрением на холеру любого возраста и обоих полов были набраны из больниц в Бакергандже и Матбарии. Пациенты с подозрением на холеру (независимо от возраста) определялись как лица, сообщающие о диарее (3 или более жидких стула в течение 24 часов) и умеренном или тяжелом клиническом обезвоживании (по классификации ВОЗ). Все лица, отвечающие этим критериям и поступившие в государственные оздоровительные комплексы Матбарии и Бакергандж упазила, были проверены на холеру с помощью теста Crystal VC Rapid Dipstick.У всех людей с положительным результатом тест-полоски либо на V. cholerae O1, либо на O139 образцы стула были протестированы с помощью бактериальной культуры на V. cholerae . Пациент с холерой был определен как человек с диареей и положительным результатом посева кала на V. cholerae .

После включения в исследование индексируемого пациента с холерой их домашние контакты были приглашены для участия в исследовании. Под домашними контактами понимались лица, которые в течение последних 3 дней пользовались одной посудой с больными холерой.Были набраны контактные лица с проживающими больными холерой, и они проспективно отслеживались в течение 7 дней после представления больного холерой в местном правительственном оздоровительном комплексе Упазила (UHC). К участию были приглашены подходящие домашние контакты, которые присутствовали в медицинском учреждении на момент регистрации случая. Кроме того, в течение 24–36 часов после регистрации случая был проведен визит в домохозяйство для набора дополнительных членов семьи. Контактных лиц в семье посещали через 1, 3, 5 и 7 дней для клинического наблюдения и наблюдения за окружающей средой.

Письменное информированное согласие было получено от всех участников исследования (семейные контакты и индексные случаи холеры), включая взрослых участников (≥18 лет), подписавших информированное согласие и / или форму согласия родителей, и детей в возрасте от 12 до 17 лет. старый подписание формы согласия. Если участник исследования не умел читать, ему зачитывали форму согласия и просили документально подтвердить свое согласие знаком x в присутствии свидетеля. Все процедуры исследования были одобрены Комитетом по этике исследований Международного центра исследований диарейных заболеваний, Бангладеш (icddr, b), и IRB Школы общественного здравоохранения Блумберга Джонса Хопкинса.

Клиническое наблюдение

Для клинического эпиднадзора у контактных лиц из домохозяйств спрашивали, были ли у них диарея или рвота в течение периода наблюдения, и при каждом посещении домохозяйства собирали образцы фекалий, чтобы выявить большинство инфекций холеры, которые развиваются в течение 7-дневного периода исследования.

Надзор за окружающей средой

Надзор за окружающей средой проводился во время всех посещений домохозяйств. Пробы воды были собраны из основного источника питьевой воды в домохозяйстве и из питьевой воды, хранящейся в доме, для измерения В.cholerae бактериальной культурой.

Сбор и обработка проб

Образцы фекалий (стула) от пациентов-индексов и их семейных контактов были собраны в асептических условиях, немедленно помещены в среду Кэри-Блэра и доставлены в лабораторию для поддержания холодовой цепи. Образцы воды были собраны из стерильных темных бутылок Nalgene емкостью 500 мл (Nalgene Nunc International, Сент-Луис, Миссури) и доставлены в лабораторию icddr, b в изолированном холодильном боксе (с пакетами со льдом).Образцы стула больных холерой (индексный пациент) были собраны в государственных оздоровительных комплексах Матбариа и Бакергандж упазила. Образцы воды фильтровали через фильтровальную бумагу 0,22 мкм, а затем мембранные фильтры обогащали щелочной пептонной водой (APW) (pH 8,4) при 37 ° C в течение 4-6 часов, а затем культивировали на селективных средах, как описано ранее (29). . Образцы стула также подвергали обогащению APW и последующему культивированию в соответствии с той же процедурой. Клинические и водные изоляты были сохранены для микробиологического анализа.

Обнаружение и характеристика V. Cholerae

После культивирования на селективных средах выделение и идентификацию типичных колоний V. cholerae проводили стандартными методами (30). Серологические группы штаммов V. cholerae определяли серологически с помощью теста агглютинации на предметных стеклах с использованием специфических поливалентных антисывороток к V. cholerae O1 и O139. Серотипы этих штаммов были подтверждены с использованием серотип-специфичных моновалентных антисывороток Inaba и Ogawa (29).

Все фенотипически идентифицированные изолятов V. cholerae были дополнительно подтверждены с помощью ПЦР, нацеленной на видоспецифический ген V. cholerae ompW (31). Мультиплексные ПЦР-анализы были выполнены для идентификации генов, кодирующих O1 ( rfb O1) и O139 ( rfb O139) -специфические гены биосинтеза O, а также главный ген вирулентности ctxA (32). Чтобы дополнить характеристику биотипа фенотипическими признаками, были проведены ПЦР-анализы для выявления аллеля tcpA (CL и ET) (33), типа гена rstR , наличия гена rstC , кодирующего регулятор транскрипции фага. (34) и ген rtxC RTX (повтор в токсине) (35) согласно ранее опубликованным методам.Анализ двойного несоответствия амплификации мутации (DMAMA) -PCR был использован для различения CL ( ctxB генотип 1), ET ( ctxB генотип 3) и гаитянских типов ( ctxB генотип 7) ctxB аллелей путем фокусировки на положениях нуклеотидов 58 и 203 гена ctxB . В этом исследовании была проведена DMAMA-PCR для обнаружения генотипа ctxB с использованием праймеров и условий, описанных в другом месте (36).

Гель-электрофорез в импульсном поле (PFGE)

Полная геномная ДНК, заделанная агарозой для V.cholerae . PFGE выполняли с помощью прибора для гомогенного электрического поля с фиксированным контуром (CHEF-DR II) (Bio-Rad) в соответствии с процедурами, описанными в другом месте (37). Геномные ДНК тестируемых штаммов переваривали рестрикционным ферментом Not I (Gibco-BRL), а Salmonella enterica серовар Braenderup расщепляли Xba I, при этом фрагменты использовали в качестве маркеров размера молекул. Рестрикционные фрагменты разделяли в 1% агарозе, сертифицированной импульсным полем, в 0.Буфер 5X TBE (трис / борат-EDTA). На стадии обработки гелем после электрофореза гель окрашивали и обесцвечивали. ДНК визуализировали с помощью УФ-трансиллютора, а изображения оцифровывали с помощью системы одномерной гель-документации (Bio-Rad). Образец отпечатка пальца в геле анализировали с помощью программного обеспечения Bionumeric (версия 3.1). Дендрограмма была построена на основе группирования сходства и несходства с использованием коэффициента сходства Дайса и метода невзвешенных пар (UPGMA), как рекомендовано производителем.

Результаты

Возникновение и распространение

холеры V. среди исследуемых домохозяйств

Мы провели генетическую характеристику 56 V. cholerae O1, выделенных от 30 больных холерой; 76 контактных лиц в домохозяйствах и 238 проб воды (119 пробы хранящейся питьевой воды и 119 проб воды из источников), отобранных в 30 домохозяйствах. Мы включили расположение 22 репрезентативных домохозяйств (16 в Бакергандже и 6 в Матбарии) на рисунках 1, 2. Карта показывает, что большинство домохозяйств с несколькими V.cholerae инфекции в Бакергандже были обнаружены на западном и южном берегу реки Бигхай, которая используется для питья, купания и других домашних дел (например, мытья кухонной утвари, овощей) соседними жителями. В Матбарии все домохозяйства больных холерой были расположены на восточном берегу реки Балешвар, соединенной с Бенгальским заливом. На обеих картах также было обнаружено, что домохозяйства с множественными инфекциями холеры были сгруппированы вокруг оздоровительных комплексов Упазила (UHC) в Бакергандже и Матбарии.

Молекулярные характеристики

V. Cholerae

Серологически подтверждено, что все изоляты представляют собой V. cholerae O1, и все они обладают геном, специфичным для серогруппы «O» rfbO1 , что дополняет серологические результаты (таблица 1). Все штамм V. cholerae принадлежали к серотипу Ogawa; и все они обладали геном токсина холеры, ctxA . Вдобавок ко-регулируемый пильс токсина, специфичного к биотипу ET ( tcpA ET ), ген регуляции транскрипции фага ( rstR ET ), антирепрессорный ген транскрипции фага ( rstC ), а повтор в токсине ( rtxC ) — среди всех V.cholerae O1, подтверждающих признаки биотипа Эль-Тор. Все штаммы V. cholerae обладали ctxB генотипа 1, который является CT классического типа, подтверждая, что бактерия была El Tor, но обладала CT классического биотипа, характеристиками измененных штаммов El Tor.

Таблица 1 . Молекулярные характеристики V. cholerae O1, выделенного от больных холерой, их домашних контактов, хранящейся питьевой воды и источников воды.

PFGE из

, а не i-расщепленная геномная ДНК Анализ

PFGE расщепленной геномной ДНК Not -I- 32 репрезентативных штаммов от госпитализированных пациентов с холерой, домашних контактов, хранимой питьевой воды и исходной воды показал, что они тесно связаны между собой, поскольку образцы полос PFGE были очень однородными.

Большинство штаммов ( n = 29) принадлежало к двум основным кластерам A и B, в то время как остальные штаммы ( n = 3) демонстрировали дискретные образцы и, таким образом, попадали в другой второстепенный кластер C (Рисунок 3).Кластеры A, B и C имеют между собой коэффициент сходства 95–100%. Кластер A включает 16 изолятов от индексных пациентов, домашних контактов и источников питьевой воды из Бейерганджа и Матбарии, из которых 93,75% (15/16) изолятов оказались идентичными по своей структуре полос. Кластер B состоит из 13 изолятов одного типа и имеет сходство 97%. В минорный кластер C вошли изоляты только от индексных пациентов и семейных контактов. N16961 ( V. cholerae, прототип Эль-Тор) и O395 ( V.cholerae prototype classic) референс-штамм показал значительные различия с измененными штаммами Эль-Тор, проанализированными в настоящем исследовании.

Рисунок 3 . Геномный дактилоскопический анализ штаммов V. cholerae O1, собранных из источников окружающей среды (вода) и клинических (кал) в домохозяйствах пациентов с индексной холерой. Тридцать два штамма V. cholerae O1 были выделены в Бейергандже и Матбарии от госпитализированных больных холерой ( n = 16), их домашних контактов ( n = 9), питьевой воды ( n = 6) и исходная вода ( n = 1).Дендрограмма была построена с помощью коэффициента сходства Дайса и основной иерархической кластеризации (UPGMA) с использованием изображений PFGE расщепленной Not1 геномной ДНК. Масштабная линейка в верхнем левом углу указывает коэффициент подобия (диапазон: 90–100%). IP, индексный пациент; HC, Бытовые контакты; SW, исходная вода; DW, питьевая вода; NA, не применимо.

Обсуждение

Наши данные фенотипической и генетической характеристики показывают, что питьевая вода является важным путем передачи токсигенного Vibrio cholerae в домохозяйствах больных холерой в прибрежных деревнях в Матбарии и Бакергандже, Бангладеш.Это согласуется с нашими недавними выводами в Дакке, Бангладеш, показывающими единичный предковый клон V. cholerae и передачу холеры через питьевую воду в домах, где есть больные холерой (26). Большинство предыдущих исследований передачи холеры в домохозяйствах в Бангладеш проводилось либо в городских условиях (15, 26, 38, 39), либо в сельской местности вдали от прибрежных регионов (22). Это первое исследование, в котором сообщается о передаче токсигенного вещества V. cholerae в домашних условиях через питьевую воду в эндемичных по холере прибрежных деревнях Бакергандж и Матбариа, Бангладеш.

Фенотипические и генетические характеристики V. cholerae показали, что все они принадлежат к серогруппе O1, биотипу Эль Тор (ЕТ) и серотипу Огава. Все штаммы также имели токсин холеры (ХТ), специфичный для классического биотипа (40), который был заменен в 1980-х годах штаммами биотипа ET, ответственными за продолжающуюся 7-ю пандемию холеры во всем мире (41). Наши результаты также подтвердили, что все штаммы являются измененными ЭТ, которые были связаны с эндемической и эпидемической холерой в этом регионе (16, 17, 40).

Исторически холера была эндемической в ​​прибрежных деревнях Бенгальского залива как в Бангладеш, так и в Индии на протяжении веков (2, 42). В дельте Ганга Бенгальского залива рецидивирующая холера часто перерастает в эпидемии, ежегодно вызывая значительную заболеваемость и смертность (16, 41). Предыдущие исследования показали, что водная среда устьевых деревень Матбарии является важным резервуаром для V. cholerae серогрупп O1 и O139, которые ответственны за эпидемию холеры в этом регионе (16).В прибрежных деревнях Бангладеш доступ к питьевой воде остается давней проблемой, поскольку подземные воды содержат большое количество солей (16). В результате прибрежные деревни иногда используют поверхностные воды для питья (16).

Картирование домашних хозяйств больных холерой позволило нам исследовать пространственное распределение больных холерой в Бакергандже и Матбарии. С помощью этого анализа мы обнаружили, что пациенты с холерой сильно сгруппированы, большинство из них проживает вблизи оздоровительных комплексов Упазила (UHC) в Бакергандже и Матбарии.Многие семьи, больные холерой, также проживали возле прудов (водохранилищ) с небольшими каналами (каналами), несущими воду из крупных рек Бигхай в Бакергандже и Балешвара в Матбарии. Обе эти реки находятся в приливной зоне и напрямую связаны с морской водой Бенгальского залива. Хотя два исследовательских участка географически разделены, оба представляют собой эстуарные места обитания, способствующие выживанию и размножению токсигенных V. cholerae (16, 17). Поскольку только одно домохозяйство сообщило об использовании прудовой воды, мы подозреваем, что купались в прудах и реках и использовали прудовую воду для домашних хозяйств (например,g., мытье кухонной утвари, овощей) также может быть потенциальным путем воздействия V. cholerae , который следует изучить в будущих исследованиях.

Передача холеры в прибрежных сообществах имеет неотложное значение для общественного здравоохранения, поскольку глобальное потепление климата может привести к увеличению количества прибрежных территорий, подвергающихся воздействию соленой воды, несущей V. cholerae и другие патогенные бактерии, которые процветают при повышенных температурах (43). В настоящее время не существует стандарта ухода за высокочувствительными пациентами, контактировавшими с холерой в домашних условиях, вместо этого основное внимание уделяется использованию раствора для пероральной регидратации (ПРС) выписанным больным холерой (42).Джордж и др. (27) в рандомизированном контрольном исследовании вмешательства CHoBI7 (вмешательство в больницу при холере в течение 7 дней), мытье рук с мылом и водой в больнице для домашних хозяйств, больных холерой, показало снижение заболеваемости холерой среди домашних хозяйств на 47%. контакты больных холерой при проведении этого вмешательства в Дакке, Бангладеш (27). Таким образом, вмешательство CHoBI7 может стать многообещающим подходом к снижению холеры в сельских прибрежных районах Бангладеш и должно быть проверено в будущих исследованиях.

Заключение

Холера остается серьезной проблемой общественного здравоохранения во всем мире, особенно в эндемичных по холере устьевых районах Бангладеш, где эстуарная среда обитания способствует выживанию и размножению токсигенных V. cholerae . Это исследование предоставляет доказательства, подтверждающие, что токсигенный V. cholerae O1 распространяется через загрязненную питьевую воду среди домашних контактов с больными холерой в деревнях Бенгальского залива в Бангладеш. Передача токсигенных В.cholerae O1 через питьевую воду в сельских районах, эндемичных по холере, подчеркивает острую необходимость в основанных на фактических данных мероприятиях в области водоснабжения, санитарии и гигиены, способствующих обеспечению безопасной питьевой водой для предотвращения заболеваемости и смертности, связанных с холерой и другими кишечными инфекциями в Бангладеш.

Авторские взносы

MA и CG являются главными исследователями проекта и внесли свой вклад в разработку исследования, пересмотр рукописи и окончательное утверждение версии, которая будет опубликована.SM является функциональным главным исследователем проекта и участвовал в разработке исследования, рецензировании рукописи и критическом пересмотре. ZR и MR разработали и реализовали исследование. ZR выполнил исследование в лаборатории и написал первый черновик рукописи. MAR, MM и F-TJ провели исследование в лаборатории и просмотрели рукопись. NI принимал участие в анализе данных и рецензировал рукопись. KS-U-R контролировал сбор данных в больнице / поле и рецензировал рукопись.ФЗ и ТП участвовали в сборе данных и способствовали написанию рукописей. SB и KH принимали участие в создании базы данных, анализе данных и рецензировании рукописи. Все авторы прочитали и одобрили окончательную рукопись. Авторы согласились нести ответственность за все аспекты работы, чтобы вопросы, связанные с точностью или целостностью любой части работы, были должным образом исследованы и решены.

Финансирование

Это исследование было поддержано Центром глобального здравоохранения Университета Джона Хопкинса и Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID 1K01AI110526-01A1 и Grant 1 RO1 A131).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим участников исследования и следующих научных сотрудников, которые проводили полевые исследования для этого исследования: Исмат Минхаз Уддин, Рафикул Ислам, Аль-Мамун, Майнул Хасан, Калпона Ахтер, Хандокар Фазилатуннесса, Садия Африн Ананья, Ахи Султана, Сохаг Саркер, Джахед Масуд, Абул Сикдер, Ширин Актер и Лаки Дас.

Мы также хотим поблагодарить г-на Абдуса Садика и г-на Голама Мостафу за их постоянную поддержку в лаборатории. Это исследование было поддержано Центром глобального здравоохранения Университета Джона Хопкинса и Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний Национальных институтов здравоохранения. Icddr, b благодарит правительства Бангладеш, Канады, Швеции и Соединенного Королевства за предоставление неограниченной основной поддержки.

Список литературы

6. Наир Г.Б., Кадри Ф., Холмгрен Дж., Свеннерхольм А.М., Сафа А., Бхуйян Н.А. и др.Холера, вызванная измененными штаммами Эль-Тор Vibrio cholerae O1 в Бангладеш. J Clin Microbiol. (2006) 44: 4211–3. DOI: 10.1128 / JCM.01304-06

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

7. Алам М., Ислам А., Бхуйян Н.А., Рахим Н., Хоссейн А., Хан Г.Я. и др. Клональная передача, двойной пик и межсезонье холеры в Бангладеш. Infect Ecol Epidemiol. (2011 г.) 1. doi: 10.3402 / iee.v1i0.7273

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

8.Сын М.С., Мегли С.Дж., Ковачикова Г., Кадри Ф., Тейлор Р.К. Характеристика клинических изолятов варианта биотипа Vibrio cholerae O1 El Tor из Бангладеш и Гаити, включая молекулярно-генетический анализ генов вирулентности. J Clin Microbiol. (2011) 49: 3739–49. DOI: 10.1128 / JCM.01286-11

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

9. Сатчелл К.Дж., Джонс С.Дж., Вонг Дж., Куин Дж., Агарвал С., Йилдиз Ф.Х. Фенотипический анализ показывает, что эпидемия холеры на Гаити в 2010 году связана с гипервирулентным штаммом. Infect Immun. (2016) 84: 2473–81. DOI: 10.1128 / IAI.00189-16

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

10. Сноу Дж. О способах передачи холеры. Лондон: Джон Черчилль (1855).

Google Scholar

12. Colwell RR. Инфекционные заболевания и окружающая среда: холера как парадигма болезней, передаваемых через воду. Int Microbiol. (2004) 7: 285–9.

PubMed Аннотация | Google Scholar

15.Weil AA, Khan AI, Chowdhury F, LaRocque RC, Faruque A, Ryan ET, et al. Клинические результаты в домашних контактах с больными холерой в Бангладеш. Clin Infect Dis. (2009) 49: 1473–9. DOI: 10.1086 / 644779

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

16. Алам М., Хасан Н.А., Садик А., Бхуян Н., Ахмед К.Ю., Нусрин С. и др. Сезонная холера, вызванная холерным вибрионом серогрупп O1 и O139 в прибрежной водной среде Бангладеш. Appl Environ Microbiol. (2006a) 72: 4096–104. DOI: 10.1128 / AEM.00066-06

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

17. Алам М., Султана М., Наир Г.Б., Сак Р.Б., Сак Д.А., Сиддик А. и др. Токсигенный Vibrio cholerae в водной среде Матбарии, Бангладеш. Appl Environ Microbiol. (2006b) 72: 2849–55. DOI: 10.1128 / AEM.72.4.2849-2855.2006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

18.Стине О.К., Алам М., Танг Л., Наир Г.Б., Сиддик А.К., Фарук С.М. и др. Сезонная холера, вызванная множеством небольших вспышек в сельских районах Бангладеш. Emerging Infect Dis. (2008) 14: 831. DOI: 10.3201 / eid1405.071116

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

19. Баучер И., Ората Ф.Д., Алам М. Гипотеза о внепельтовых водах: густые человеческие популяции в низколежащих дельтах рек служили агентами для эволюции смертельного патогена. Front Microbiol. (2015) 6: 1120.DOI: 10.3389 / fmicb.2015.01120

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

20. Хан А.Е., Иресон А., Коватс С., Моджумдер С.К., Хусру А., Рахман А. и др. Соленость питьевой воды и здоровье матери в прибрежных районах Бангладеш: последствия изменения климата. Environ Health Perspect. (2011) 119: 1328–32. DOI: 10.1289 / ehp.1002804

CrossRef Полный текст | Google Scholar

21. Сак Р.Б., Сиддик А.К., Лонгини И.М., Низам А., Юнус М., Ислам М.С. и др.4-летнее исследование эпидемиологии Vibrio cholerae в четырех сельских районах Бангладеш. J Infect Dis. (2003) 187: 96–101. DOI: 10.1086 / 345865

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

22. Спира В.М., Хан М.Ю., Саид Я.А., Саттар М.А. Микробиологический надзор за передачей холеры E1 Tor внутри района в сельских районах Бангладеш. Bull World Health Organ. (1980) 58: 731–40.

PubMed Аннотация | Google Scholar

23.Хьюз Дж. М., Бойс Дж. М., Левин Р. Дж., Хан М., Азиз К., Хук М. и др. Эпидемиология холеры eltor в сельских районах Бангладеш: важность передачи через поверхностные воды. Bull World Health Organ. (1982) 60: 395.

PubMed Аннотация | Google Scholar

24. Берроуз В., Перин Дж., Монира С., Сак Д.А., Рашид М.Ю., Махамуд Т. и др. Факторы риска передачи холерного вибриона в домашних условиях в Дакке, Бангладеш (испытание CHoBI7). (2017). 96: 1382–7. DOI: 10.4269 / ajtmh.16-0871

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

25.Джордж CM, Хасан К., Монира С., Рахман З., Саиф-Ур-Рахман К.М., Рашид М-ур и др. Проспективное когортное исследование, сравнивающее контакт с водой и контакт с водой изолятов холерного вибриона в семьях больных холерой в сельских районах Бангладеш. PLoS Negl Trop Dis. (2018) 12: e0006641. DOI: 10.1371 / journal.pntd.0006641

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

26. Рафик Р., Рашид М.Ю., Монира С., Рахман З., Махмуд М.Т., Мустафиз М. и др. Передача инфекционного Vibrio cholerae через питьевую воду среди домашних контактов с больными холерой (испытание CHoBI7). Front Microbiol. (2016) 7: 1635. DOI: 10.3389 / fmicb.2016.01635

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

27. Джордж К.М., Монира С., Сак Д.А., Рашид М.Ю., Саиф-Ур-Рахман К., Махмуд Т. и др. Рандомизированное контролируемое исследование лечебных мероприятий в области гигиены и водоподготовки (CHoBI7) для снижения холеры. Emerging Infect. Дис. (2016) 22: 233. DOI: 10.3201 / eid2202.151175

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

28.Хук А., Сак Р. Б., Низам А., Лонгини И. М., Наир Г. Б., Али А. и др. Критические факторы, влияющие на возникновение холерного вибриона в окружающей среде Бангладеш. Appl Environ Microbiol. (2005) 71: 4645–54. DOI: 10.1128 / AEM.71.8.4645-4654.2005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

29. Алам М., Султана М., Наир Г.Б., Сиддик А., Хасан Н.А., Сак Р.Б. и др. Жизнеспособные, но некультивируемые Vibrio cholerae O1 в биопленках водной среды и их роль в передаче холеры. Proc Natl Acad Sci USA. (2007) 104: 17801–6. DOI: 10.1073 / pnas.0705599104

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

30. Хук А., Хейли Б.Дж., Тавиани Э., Чен А., Хасан Н.А., Колвелл Р.Р. Обнаружение, выделение и идентификация Vibrio cholerae из окружающей среды. Curr Protocols Microbiol. (2006) 6: 6A. 5. DOI: 10.1002 / 9780471729259.mc06a05s02

CrossRef Полный текст | Google Scholar

31. Нанди Б., Нанди Р.К., Мукхопадхьяй С., Наир ГБ, Шимада Т., Гхош А.С.Быстрый метод видоспецифической идентификации Vibrio cholerae с использованием праймеров, нацеленных на ген белка внешней мембраны OmpW. J Clin Microbiol. (2000) 38: 4145–51.

Google Scholar

32. Хосино К., Ямасаки С., Мукхопадхьяй А.К., Чакраборти С., Басу А., Бхаттачарья С.К. и др. Разработка и оценка метода мультиплексной ПЦР для быстрого обнаружения токсигенных Vibrio cholerae O1 и O139. FEMS Immunol Med Microbiol. (1998) 20: 201–7.DOI: 10.1111 / j.1574-695X.1998.tb01128.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

33. Ривера И.Н., Чун Дж., Хук А., Сэк Р. Б., Колвелл Р. Р.. Генотипы, связанные с вирулентностью в экологических изолятах Vibrio cholerae. Appl Environ Microbiol. (2001) 67: 2421–9. DOI: 10.1128 / AEM.67.6.2421-2429.2001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

34. Kimsey HH, Waldor MK. Иммунитет CTXϕ: применение при разработке вакцин против холеры. Proc Natl Acad Sci USA. (1998) 95: 7035–9. DOI: 10.1073 / pnas.95.12.7035

CrossRef Полный текст | Google Scholar

36. Наха А., Пажани Г., Гангули М., Гош С., Рамамурти Т., Нанди Р.К. и др. Разработка и оценка ПЦР-анализа для отслеживания появления и распространения гаитянского варианта ctxB в штаммах Vibrio cholerae O1, выделенных из Калькутты, Индия. J Clin Microbiol. (2012) 50: 1733–6. DOI: 10.1128 / JCM.00387-12

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

37.Купер К., Луэй С., Берд М., Тераджима Дж., Наир Дж., Кам К. и др. Разработка и проверка стандартизированного протокола гель-электрофореза PulseNet в импульсном поле для определения подтипов Vibrio cholerae. Foodbourne Pathogens Dis. (2006) 3: 51–8. DOI: 10.1089 / fpd.2006.3.51

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

38. Кендалл Э.А., Чоудхури Ф., Бегум Й., Хан А.И., Ли С., Тирер Дж. Х. и др. Связь изолятов Vibrio cholerae с O1 / O139 от пациентов и их семейных контактов, определенная с помощью мультилокусного анализа тандемных повторов с переменным числом. J Bacteriol. (2010) 192: 4367–76. DOI: 10.1128 / JB.00698-10

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

39. Джордж К.М., Рашид М., Алмейда М., Саиф-Ур-Рахман К., Монира С., Бхуиан MSI и др. Генетическое родство изолятов Vibrio cholerae внутри и между домашними хозяйствами во время вспышек в Дакке, Бангладеш. BMC Genom. (2017) 18: 903. DOI: 10.1186 / s12864-017-4254-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

40.Наир Г.Б., Фарук С.М., Бхуйян Н.А., Камруззаман М., Сиддик А.К., Сак Д.А. Новые варианты Vibrio cholerae O1 биотипа Эль Тор с атрибутами классического биотипа госпитализированных пациентов с острой диареей в Бангладеш. J Clin Microbiol. (2002) 40: 3296–9. DOI: 10.1128 / JCM.40.9.3296-3299.2002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

41. Сиддик А., Наир Г., Алам М., Сак Д., Хук А., Низам А. и др. Холера Эль-Тор с тяжелым заболеванием: новая угроза для Азии и за ее пределами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Параметр Значение Обозначение

0,031033

966 966 / день
Расчетное значение
ω 0,878455198 / день Расчетное значение
0,56341910 / день [20]
α75189067 / день Расчетное
τ 0,467

/ день
Расчетное
μ 0,000048 / день 9

Расчетное значение
ξ 0,00116620 / день Расчетное значение
K 100000 клеток / мл [35]
Предполагаемый
r 0,03 / день [20]
δ 0,27707643 / день Расчетный