Malattie infettive emergenti, cambiamenti climatici e altro - Jean-Claude Piffaretti - interlifescience

Liceo cantonale di Lugano 2
             Martedì 4 aprile 2017

Malattie infettive emergenti,
 cambiamenti climatici e
            altro...

        Jean-Claude Piffaretti
     Interlifescience, 6900 Massagno

Malattie (ri)emergenti

OMS: malattie che compaiono per la prima volta in
una popolazione o che erano già presenti ma sono in
rapido aumento per numero di casi o diffusione
geografica.

Quando si parla di malattie (ri)emergenti si fa spesso
riferimento a malattie sconosciute nei paesi ricchi, ma
che gli abitanti dei quelli poveri conoscono purtroppo
molto bene.

ESEMPI DI NUOVE MALATTIE INFETTIVE (RI)EMERGENTI

   2012   Virus MERS (Sindrome respiratoria mediorientale da Coronavirus)
   2011   Escherichia coli O104:H4
   2009   Chikungunya
   2007   Zika
   2004   Virus H1N1 (influenza pandemica)
   2003   Virus SARS (Sindrome Respiratoria Acuta Grave)
   1999   Virus Nipah
   1997   H5N1 (influenza aviaria)
   1996   Malattia di Creutzfeldt-Jacob (nuova variante)
   1995   Herpes virus umano (HHV8; sarcoma di Kaposi)
   1994   Virus Sabia; Virus Hendra
   1993   Sindrome polmonare da Hantavirus (virus Sin Nombre)
   1989   Epatite C
   1988   Epatite E
   1983   HIV (AIDS)
          Helicobacter pylori
   1982   Escherichia coli O157:H7
          Borreliosi di Lyme (Borrelia burgdorferi)
   1980   HTLV-1
   1977   Campylobacter jejuni
   1976   Cryptosporidium parvum
          Legionellosi (Legionella pneumophila)
          Virus Ebola (febbre emorragica)

I cambiamenti climatici che vengono attribuiti all’effetto
serra (riscaldamento), potrebbero indurre la tropicaliz-
zazione di aree temperate, la maggior diffusione di insetti
vettori e condizioni ideali per la diffusione di malattie
considerate esclusive di paesi esotici.

 Un ruolo importante potrebbe essere quello di
 Aedes albopictus, la cosiddetta “zanzara tigre”.

Malattie infettive emergenti, cambiamenti climatici
e altro...

1) Cambiamenti climatici nel mondo, in Svizzera,
   in Ticino
2) Cambiamenti climatici e microbiologia (ambiente,
   salute)
3) Le zanzare in Svizzera e in Ticino, in particolare la
   zanzara tigre (Dr.ssa Eleonora Flacio, Bellinzona)
4) Malattie infettive trasmesse da zanzare (Zika,
   Chikungunya, Dengue)
5) Discussione

1) Cambiamenti climatici nel mondo, in Svizzera,
   in Ticino
2) Cambiamenti climatici e microbiologia (ambiente,
   salute)
3) Le zanzare in Svizzera e in Ticino, in particolare la
   zanzara tigre (Dr.ssa Eleonora Flacio, Bellinzona)
4) Malattie infettive trasmesse da zanzare (Zika,
   Chikungunya, Dengue)
5) Discussione

Scenari per la ricerca climatologica

                 Il Forzante radiativo del sistema climatico stima la variazione
                  dall’energia trasmessa all’insieme del sistema Terra-atmosfera
                  causata dalle modifiche dei parametri considerati
                 Corrisponde alla differenza tra energia radiativa ricevuta e
                  energia radiativa emessa
                 Energia ricevuta > energia emessa  sistema riscalda
                 Influenza dei gas a effetto serra!

Cambiamenti osservati e modellizzati della temperatura dal 1900 al 2100

Il riscaldamento climatico è inequivocabile
sia a livello di atmosfera che di oceani

 Emisfero Nord: il periodo 1983-2012 è stato molto
  probabilmente il più caldo degli ultimi 800 anni
 1880-2012: riscaldamento globale di 0.85 °C (0.65-1.06)
 Media periodo 1850-1900  media periodo 2003-2012:
  riscaldamento 0.78 °C (0.72-0.85)

Andamento pluriennale della temperatura media annuale in Svizzera dal 1864

  Andamento pluriennale della temperatura media annuale in Svizzera dal 1864, rappresentata come deviazione dalla media del periodo
  normale 1961-1990. Gli anni indicati in rosso sono stati più caldi e quelli in blu più freddi rispetto alla norma. Il valore normale calcolato sul
  periodo 1981-2010 è inoltre raffigurato, per un confronto, tramite una linea tratteggiata.

Deviazione dalla norma (periodo 1961-1980) delle temperature stagionali dal
1983 a Locarno-Monti

Le quantità di neve e di ghiaccio hanno
diminuito, il livello del mare è aumentato

 Globalmente, i ghiacciai si stanno
  restringendo contribuendo all’innalzamento
  del livello del mare
 L’Artico è particolarmente colpito; dal 1979, il
  minimo estivo è diminuito del 9.4 al 13.6% per
  decennio
 Emisfero Nord: la copertura nevosa
  diminuisce; lo spessore del permafrost
  diminuisce
 La situazione dell‘Antartico è diversa con forti
  differenze regionali
 1901-2010: aumento globale del livello del
  mare di 0.19 m (0.17-0.21 m)
 1901-2010: aumento di 1.7 mm/anno (1.5-1.9)
  1993-2010: aumento di 3.2 mm/anno (2.8-3.6)

Arctic sea ice hits smallest extent in satellite era

Satellite data reveal how the new record low Arctic sea ice extent, from Sept. 16, 2012, compares to
the average minimum extent over the past 30 years (in yellow). Sea ice extent maps are derived from
data captured by the Scanning Multichannel Microwave Radiometer aboard NASA's Nimbus-7 satellite
and the Special Sensor Microwave Imager on multiple satellites from the Defense Meteorological
Satellite Program. Credit: NASA/Goddard Scientific Visualization Studio

Triftgletscher

Ghiacciaio del Rodano (VS), 1906 e 2003

                                                   Zinal (VS), disgelo del permafrost, 2013

  Frana di Randa (VS), aprile 2015

 Il riscaldamento degli oceani è il fattore
  principale dell’aumento di energia
  stoccata nel sistema climatico (90% tra il
  1971 e il 2010)
 La maggior parte dell’energia stoccata
  negli oceani lo è nello strato superiore
  (0-700 m)
 Atmosfera: 1%

Gas (ad effetto) serra
 Sono presenti nell’atmosfera
 Lasciano passare la radiazione solare verso la Terra ma trattengono, in maniera
  consistente, la radiazione infrarossa emessa dalla superficie terrestre, dall’atmosfera
  e dalle nuvole
 Origine naturale e antropica
 Vapore acqueo (H2O), anidride carbonica (CO2), protossido di azoto (N2O), metano
  (CH4), gas fluorati [clorofluorocarburi (CFC), idrofluorocarburi (HFC), esafluoruro di
  zolfo (SF6), perfluorocarburi (PFC), ecc.]

Nombreux records pulvérisés en 2016 dans le domaine du climat, avec des
conséquences planétaires (21 mars 2017)
                                                        Organisation
                                                        Météorologique
                                                        Mondiale

                                    Phénomènes extrêmes toujours
                                    d'actualité en 2017

Alluvioni in Svizzera

 Lyss 2008                             Locarno 2000

Berna, 2005                      Oey, Valle di Diemtig, 2005

1) Cambiamenti climatici nel mondo, in Svizzera,
   in Ticino
2) Cambiamenti climatici e microbiologia (ambiente,
   salute)
3) Le zanzare in Svizzera e in Ticino, in particolare la
   zanzara tigre (Dr.ssa Eleonora Flacio, Bellinzona)
4) Malattie infettive trasmesse da zanzare (Zika,
   Chikungunya, Dengue)
5) Discussione

Esempi di interazione tra cambiamenti climatici e microbiologia

               Ciclo del carbonio
               Ciclo dell’azoto
               Ciclo del metano
               Produzione alimentare
               Migrazioni
               Malattie trasmesse dall’acqua
               Malattie trasmesse da vettori
               Malattie delle piante

Il ciclo del carbonio è il ciclo attraverso il quale il carbonio viene scambiato tra la geosfera (sedimenti e combustibili
fossili), l'idrosfera (mari e oceani), la biosfera (comprese le acque dolci) e l'atmosfera della Terra.

                                                                                              Wikipedia

        Combustione combustibili fossili  trasferimento carbonio dalla geosfera all’atmosfera
         T +  CO2 nell’atmosfera   decomposizione materiale vegetale nel suolo   CO2 atmosfera
        Ma anche  produzione primaria lorda   fotosintesi  fissazione CO2
         CO2 nell’atmosfera   dissoluzione negli oceani   acidità  popolazioni microbiche negli oceani  catena
         alimentare marina

Esempi di interazione tra cambiamenti climatici e microbiologia

               Ciclo del carbonio
               Ciclo dell’azoto
               Ciclo del metano
               Produzione alimentare
               Migrazioni
               Malattie trasmesse dall’acqua
               Malattie trasmesse da vettori
               Malattie delle piante

1) Cambiamenti climatici nel mondo, in Svizzera,
   in Ticino
2) Cambiamenti climatici e microbiologia (ambiente,
   salute)
3) Le zanzare in Svizzera e in Ticino, in particolare la
   zanzara tigre (Dr.ssa Eleonora Flacio, Bellinzona)
4) Malattie infettive trasmesse da zanzare (Zika,
   Chikungunya, Dengue)
5) Discussione

1) Cambiamenti climatici nel mondo, in Svizzera,
   in Ticino
2) Cambiamenti climatici e microbiologia (ambiente,
   salute)
3) Le zanzare in Svizzera e in Ticino, in particolare la
   zanzara tigre (Dr.ssa Eleonora Flacio, Bellinzona)
4) Malattie infettive trasmesse da zanzare (Zika,
   Chikungunya, Dengue)
5) Discussione

Principali vettori di malattie infettive
                 Trasmissione animale-uomo o uomo-uomo
                 Spesso ematofagi
                 Più conosciuti: zanzare, zecche
                 Importanza dei cambiamenti climatici

 Aedes                               Zecche
      Chikungunya
                                         Febbre emorragica Congo-Crimea
      Dengue
                                         Malattia di Lyme
      Febbre Rift Valley                Febbri ricorrenti (borreliosi)
      Febbre gialla
                                         Malattie da Rickettsia (febbre
      Zika                               botonnosa, Febbre Q)
 Anopheles                              Meningo-encefalite da zecche
    Malaria                             Tularemia

 Culex
    Encefalite giapponese
    Filariasi linfatica
    Febbre West Nile

Esempi di Alphavirus e di Flavivirus di importanza
sanitaria e trasmessi da zanzare

Virus           Sindrome uomo                  Serbatoio       Vettore princip.
Alphavirus
Chikungunya     Febbre, artralgia, mialgia     Primati         Aedes

Flavivirus
Zika            Febbre (microcefalia)          Primati         Aedes
Dengue          Febbre, sindrome emorragica    Primati, uomo   Aedes
Febbre gialla   Epatite, malattia emorragica   Primati         Aedes
West Nile       Febbre, encefalite             Uccelli         Culex

Chikungunya

 Alphavirus, sferico, involucro, capside
  icosaedrico, 70 nm, RNA mc +
 «Malattia che piega le articolazioni»

                                             Weaver SC et al., Expert Rev Vaccines (2012), 11: 1087

L’infezione da virus Chikungunya

                      Couderc T, Lecuit M, Antiviral Res. (2015), 121: 120

L’infezione da virus Chikungunya

                      Couderc T, Lecuit M, Antiviral Res. (2015), 121: 120

Infezione da virus Chikungunya e sintomatologia

                                                                    Couderc T, Lecuit M, Antiviral Res. (2015), 121: 120
Sintomi principali:
 Febbre alta (40 °C)
 Dolori articolari (basso della schiena, anche,
  ginocchia, polsi, falangi)
 Gonfiore delle articolazioni                      Il chikungunya è raramente mortale
 Eruzione                                          I sintomi sono generalmente autolimitanti
 Mal di testa                                      La viremia dura 5-7 giorni e le zanzare si infettano
 Dolore muscolare                                   succhiando il sangue durante questo periodo
 Nausea
 Stanchezza

Costruzione di un albero filogenetico

Filogenia di 74 sequenze del virus Chikungunya

         Wahid B et al, Int. J. Infect. Dis. (2017), DOI: 10.1016/j.ijid.2017.03.006

Due mutazioni nel genoma del Chikungunya virus spiegano l’adattamento al vettore A. albopictus e la
sua emergenza epidemica:
     E1-A226V  Aumento della disseminazione virale nella zanzara ( fusione membrane)
     E2-L210Q  Aumento dell’infettività virale nelle cellule epiteliali dell’intestino della zanzara ( endocitosi)

          Effetto della mutazione E1-A226V sull’infettività del virus Chikungunya nelle cellule intestinali delle zanzare

                                                                             Tsetsarkin KA, PLoS Pathogens (2007), 3: e201

CDC

Cicli di trasmissione del virus Chikungunya (ciclo enzootico
del progenitore forestale e ciclo epidemico attuale)

                               Weaver SC et al., Expert Rev. Vaccines (2012), 11: 1087

Cicli di trasmissione del virus Chikungunya (ciclo enzootico
del progenitore forestale e ciclo epidemico attuale)

                               Weaver SC et al., Expert Rev. Vaccines (2012), 11: 1087

Distribuzione dei virus Chikungunya e movimenti epidemici

                                Weaver SC et al., Expert Rev. Vaccines (2012), 11: 1087

Distribuzione dei virus Chikungunya e movimenti epidemici

                                       Tsetsarkin KA et al., Curr Opin Virol (2011), 1: 310

L’epidemia di chikungunya in Emilia Romagna, Italia, luglio-agosto 2007

                                               Diffusione

                             Giorni 0-15                         Giorni 0-45

   Curva epidemica

                                                            Rezza G et al., Lancet (2007), 370: 1840
                                 Giorni 0-15

Distribuzione dei sintomi

                  Rezza G et al., Lancet (2007), 370: 1840

L’epidemia di chikungunya a Montpellier, Francia, settembre-ottobre 2014

                                                          Delisle E, Euro Surveill (2015)

Distribuzione di Aedes albopictus in Europa (gennaio 2016) e casi locali di chikungunya

                                                  Amrsoui F & Failloux A-B, Curr Opin Virol (2016), 21: 146

Zika

Zika

Zika: elementi importanti

 Il virus Zika è trasmesso principalmente tramite punture da
  zanzara (A. aegypti, A. albopictus). Queste zanzare pungono sia
  di giorno che di notte.
 Trasmissione possibile tramite relazioni sessuali, probabile
  tramite trasfusione di sangue.
 Trasmissione possibile da donna gravida al feto, L’infezione
  durante la gravidanza può causare malformazioni congenite
  (microcefalia).
 Complicazione: Sindrome di Guillain-Barré
 Trasmissione recente nelle Americhe. È aspettato in Europa
  (2017?).
 Attualmente non vi sono vaccini o medicamenti.

Trasmissione del Zika (situazione 15 marzo 2017)

Albero filogenetico dei virus Zika

    Song BA, J. Neuroimmunol (2017), DOI: 10.1016/j.jneuroim.2017.03.001

Ciclo di trasmissione del virus Zika

                                                    Song BA, J. Neuroimmunol (2017), DOI: 10.1016/j.jneuroim.2017.03.001

 Ciclo silvestre: primati non-umani  zanzare arboricole (A. unilineatus, A. vittatus, A. luteocephalus, ecc.)
 Ciclo urbano: umani  zanzare urbane (A. aegypti, A. albopictus)

Zika: infezione e sintomi
 Incubazione: probabilmente qualche giorno
 Infezione sintomatica in  20-25% dei casi
 Febbre moderata, eruzione, congiuntivite (occhi rossi), dolori
  muscolari e articolari, nausea, cefalea
 Durata dei sintomi: 2-7 giorni
 Complicazioni: malformazioni congenite (microcefalia) nella
  donna in gravidanza (rischio  1-10% per gravidanza infetta);
  Sindrome di Guillain-Barré; altre complicazioni neurologiche?
 Trasmissione: punture di zanzara; trasmissione sessuale
  possibile; trasfusione di sangue?
 Diagnosi di laboratorio: sierologia, ricerca di acidi nucleici
 Diagnosi clinica: sintomatologia, storia recente in un paese a
  rischio
 Trattamento: nessuno specifico
 Prevenzione: nessun vaccino; lotta alle zanzare, prodotti
  repellenti, zanzariere, abiti che ricoprono, ecc.

Zika virus: tropismo tissutale

                      Miner JJ & Diamond MS, Cell Host Microb (2017), 21: 134

Zika: epidemiologia

DENGUE

 4 sierotipi (DENV-1 a DENV4)
 Principale ospite del virus: uomo
 Vettori principali: A. aegypti, A. albopictus
 Infezione spesso asintomatica o subclinica
 Sintomi usuali: febbre (elevata), cefalee acute, dolori (dietro) gli occhi, forti
  dolori muscolari e articolari, nausea, vomito, esantema, lievi
  sanguinamenti (naso, gengive)
 Complicazioni (forma severa): febbre emorragica / shock circolatorio,
  morte
 L’infezione da un sierotipo conferisce immunità a quel sierotipo, meno agli
  altri
 Le infezioni successive aumentano il rischio della forma severa

Dengue:
                                        cinetica dell’infezione

Halstead SB, Lancet (2007), 370: 1644

Distribuzione della dengue, 2014

                                  Guzman MG, Lancet (2015), 385: 453

                 Casi di dengue notificati all’OMS, 1990-2015

                                                  AMRO: Regional Office for the Americas
                                               SEARO: Regional Office for South East Asia
                                              WPRO: Regional Office for the Western Pacific

Eurosurveillance, 26 May 2016

Eurosurveillance, 26 May 2016

Fattori socio-
                 ecologici

Cambiamento
                                Vettore
  climatico

              TRASMISSIONE
                EPIDEMICA

 Immunità
                                 Mobilità
popolazione
                                (trasporti)
  umana

                Fitness del
                   virus

1) Cambiamenti climatici nel mondo, in Svizzera,
   in Ticino
2) Cambiamenti climatici e microbiologia (ambiente,
   salute)
3) Le zanzare in Svizzera e in Ticino, in particolare la
   zanzara tigre (Dr.ssa Eleonora Flacio, Bellinzona)
4) Malattie infettive trasmesse da zanzare (Zika,
   Chikungunya, Dengue)
5) Discussione