Von der Mücke zum Elefanten - Die Entwicklung eines agenten-basierten Simulationsmodells zur Verbreitung des Dengue-Virus in Dar es Salaam, Tansania
Creators: name: Boenecke, Juliane
name: Lenfers, Ulfia A.
name: Ströbele, Jonathan
name: Ahmady-Moghaddam, Nima
name: Clemen, Thomas
Publisher: name: Zenodo
Year: 2022
Subjects: Agent-based Modelling and Simulation
Infectious Disease Epidemiology
Dengue
Urban Environments
Tanzania

description: Problemstellung:<br> Vektorbürtige Infektionskrankheiten, darunter das durch Stechmücken übertragene Dengue-Virus, verursachen jährlich mehr als 17 % aller Infektionsfälle und über 700.000 Todesfälle weltweit. Mit dem voranschreitenden Klimawandel, der wachsenden Urbanisierung und der ausgeprägten globalen Vernetzung ist auch eine zunehmende Ausbreitung des Dengue-Virus und seiner exotischen Überträgermücke <em>Aedes aegypti </em>erwartet, welche bisher v.a. im asiatischen, ozeanischen sowie südamerikanischen Raum heimisch ist. Zu den bedrohten Regionen zählt auch Tansania in Ostafrika. So zeigen Modellierungen, dass <em>Aedes aegypti</em> zunehmend optimale Bedingungen in vor allem städtischen Regionen vorfinden wird und so das Risiko wiederkehrender Infektionsausbrüche und schwerer mit einer Reinfektion assoziierter Krankheitsverläufe steigt. Ohne eine wirksame Impfung oder gezielte virale Behandlung, wie aktuell der Fall, fokussiert sich die Kontrolle und Prävention von Dengue-Ausbrüchen ausschließlich auf eine effektive Stechmückenbekämpfung und frühzeitige Ausbruchserkennung. Hierfür ist ein fundiertes Verständnis lokaler Ausbruchs- und Verbreitungsdynamiken essenziell. Methode:<br> Um Verbreitungsdynamiken des Dengue-Virus im urbanen Raum am Beispiel der Stadt Dar es Salaam, Tansania, besser zu verstehen, wird ein Agenten-basiertes Simulationsmodell (ABM) entwickelt und um ein traditionelles epidemiologisches Verbreitungsmodell „SEIR“ (Susceptible, Exposed, Infectious, Recovered) erweitert. Hierüber ist es möglich, synthetische Bevölkerungen in einer virtuellen Umwelt als digitales Gegenstück der Realität zu erzeugen und Infektionsdynamiken innerhalb dieser Bevölkerung zu simulieren. Ziel ist es, die Ausbreitung des Dengue-Virus in der Bevölkerung unter Berücksichtigung der (a) Interaktion von Stechmücke und Mensch, (b) Infektionsdynamik des Virus in seinem Wirt (Mensch) und Vektor (Mücke), (c) Heterogenität der Bevölkerung in z.B. ihrer Demografie oder ihrem Verhalten, sowie (d) umgebenden Kontextfaktoren wie z.B. Umweltbedingungen oder Tages- und Nachtzeit zu beschreiben. Das Simulationsmodell baut dafür auf ein komplexes Modellkonzept auf, welches die Interaktion zwischen Mensch und Mücke sowie Übertragungsdynamiken des Erregers zwischen diesen abbilden kann. Ergebnisse und Diskussion:<br> Aufbauend auf die epidemiologischen Eigenschaften der Infektionskrankheit Dengue werden die Schritte und Ergebnisse der Modellkonzeptentwicklung als elementare Grundlage des agentenbasierten Simulationsmodells vorgestellt. Im Vordergrund stehen dabei die Interaktionen zwischen Wirt (Mensch) und Vektor (Mücke) in Abhängigkeit zu ihrer Umwelt. Hierfür werden die im Modell abzubildenden Entitäten „Mücke“ und „Mensch“ genauer charakterisiert, relevante Inter- und Intra-Wirts- sowie Vektordynamiken des Dengue-Virus näher erläutert sowie Möglichkeiten der Parametrisierung vorgestellt. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der hohen Komplexität des Modellkonzepts. Derartige Simulationsräume bieten die Möglichkeit, die Übertragung und Verbreitung einer Infektionskrankheit in spezifischen Gebieten und Populationen möglichst feingranuliert zu analysieren und darauf aufbauend Interventionsstrategien experimentell zu untersuchen. Die Ergebnisse sind Teil des Forschungsprojekts ESIDA an der HAW Hamburg und dem Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin.
description: Corresponding Author: Juliane Boenecke (juliane.boenecke@bnitm.de); Funding: German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) / CONNECT Education-Research-Innovation (Grant ID: 01DU20005)
description: {"references": ["WHO. Vector-borne diseases (Fact Sheet). Online. 2020: https://www.who.int/ news-room/fact-sheets/detail/vector-borne-diseases (last accessed: 11.05.2022)", "Alfsnes K et al. Tracing and tracking the emergence, epidemiology and dispersal of dengue virus to Africa during the 20th century. One Health. 2021;13:100337", "Mordecai EA et al. Climate change could shift disease burden from malaria to arboviruses in Africa. Lancet Planet Health. 2020;4(9)", "Alderton S et al. A Multi-Host Agent-Based Model for a Zoonotic, Vector-Borne Disease. A Case Study on Trypanosomiasis in Eastern Province, Zambia. PLoS Negl Trop Dis. 2016;10(12)"]}