Nowe narzędzie może skutecznie pomóc w walce z odwiecznym wrogiem jakim jest tropikalna choroba pasożytnicza

Malaria to jedna z najstarszych chorób, która nadal wyniszcza niektóre społeczności na świecie. W 2019 roku szacuje się, że 409 000 osób zmarło po zarażeniu się tą chorobą, przy czym dzieci poniżej piątego roku życia stanowiły 67% tych ofiar, 90% przypadków zarażeń ma miejsce w części Afryki położonej na południe od Sachary.

Choroba jest przenoszona poprzez ukąszenia zainfekowanych samic komarów z rodzaju Anopheles. Dopóki nie zostanie opracowana szczepionka o bardzo wysokiej skuteczności, powstrzymanie tych komarów jest kluczem do zatrzymania rozprzestrzeniania się choroby. W ciągu ostatnich kilku dekad, rozpylanie środków owadobójczych w pomieszczeniach oraz stosowanie moskitier nasączanych środkami owadobójczymi pomogło w stałym ograniczaniu przenoszenia choroby. Jednak walka z tą chorobą uległa spowolnieniu, ponieważ komary uodporniły się na środki owadobójcze.

Obecnie mamy do czynienia z pewnego rodzaju wyścigiem zbrojeń między programami do walki z malarią, a ciągle rosnącą populacją komarów.

Pojawia się jednak nadzieja, że technologia dronów może dostarczyć cennych danych wspierających działania prewencyjne.

Kontrola liczebności larw komarów

Celem kontroli przenoszenia malarii jest zakłócenie cyklu życiowego komarów i uniemożliwienie im rozmnażania się. Zarządzanie liczebnością larw (LSM) omija problem odporności na insektycydy, modyfikując środowisko. Komary składają swoje jaja w wodzie. Jeśli zapobiegniemy gromadzeniu się wody lub zastosujemy larwicydy, liczba zarażonych komarów może zostać zredukowana.

Jednak znalezienie miejsc, w których znajdują się larwy komarów nie jest łatwe. Proces ten jest skomplikowany, ponieważ różne gatunki komarów mają różne preferencje siedliskowe. Niektóre wolą rozmnażać się w stałych zbiornikach wodnych z roślinnością wynurzoną, inne wolą przemijające, mniejsze zbiorniki wody stojącej. Stałe zbiorniki wodne są dość łatwe do znalezienia, ale sezonowe rozlewiska wody stojącej zmieniają się w zależności od pogody.

Wszystko to wyjaśnia, dlaczego największą barierą dla skutecznej konroli liczebności larw komarów jest pytanie o to, gdzie i kiedy należy podejmować interwencje. Przez lata uważano, że jest to niepraktyczna opcja ze względu na czas i koszty.

Zazwyczaj działania w ramach kontroli liczebności larw komarów opierają się na danych zbieranych ręcznie lub za pomocą zdjęć satelitarnych. Pierwszy sposób jest kosztowny i czasochłonny, podczas gdy drugi nie jest szczegółowy i natychmiastowy. Teraz drony mają do odegrania rolę w szybszym i tańszym niż kiedykolwiek wcześniej poszukiwaniu siedlisk larw komarów.

Wykorzystanie dronów do kontroli liczebności larw komarów: projekt Maladrone

Od 2018 r. naukowcy z Wydziału Biologii Wektorów w Liverpool School of Tropical Medicine oraz Malawi-Liverpool-Wellcome Trust Clinical Research Programme używają dronów do zbierania danych w Kasungu w Malawi. Poprzez połączenie zdjęć lotniczych i klasyfikacji opartej na obiektach, zespół Maladrone potwierdził, że ortomozaika może być wykorzystana do identyfikacji cech środowiskowych związanych z siedliskami larw komarów.

Dane lotnicze zostały ocenione wraz z wynikami ręcznych badań larw, co pozwoliło zespołowi połączyć to, co zostało znalezione na ziemi, z tym, co można było zobaczyć z góry. Wykorzystując klasyfikację obiektową, zespół Maladrone próbował wytrenować algorytmy klasyfikacyjne, aby sklasyfikować obszary na stworzonych mapach ortomozaiki, a następnie wskazać miejsca, które mogą być miejscami rozrodu komarów. Proces ten umożliwił badaczom zidentyfikowanie, które części zbiorników zawierają roślinność wodną związaną z larwami komarów oraz znalezienie małych akwenów w okolicy.

Ze względu na wyzwania techniczne związane z przechwytywaniem i analizą danych z drona w latach 2018-2020, projekt Maladrone od tego czasu zmodyfikował swoje podejście. Przechwytywanie obrazów i generowanie ortomozaiki zostało obecnie zlecone firmom zewnętrznym, pozostawiając zespołowi więcej czasu na analizę danych.

Jak finansowanie społecznościowe GLOBHE wspiera projekt Maladrone

Od kwietnia 2021 r. projekt Maladrone korzysta z pomocy lokalnych operatorów dronów w Malawi. Współpraca została ułatwiona przez GLOBHE, platformę cyfrową, która łączy operatorów z klientami, którzy potrzebują danych za pomocą dronów. Koncepcja finansowania społecznościowego firmy GLOBHE okazała się przełomowa dla zespołu Maladrone dr Michelle Stanton.

„Stosunkowo wcześnie zdaliśmy sobie sprawę, że przechwytywanie i przetwarzanie zdjęć z drona było prawdopodobnie zbyt dużym zadaniem, aby poradzić sobie z nim obok wszystkich innych działań badawczych, w które byliśmy zaangażowani”

– wyjaśnia dr Michelle Stanton

„Na początku niezwykle pomocne było samodzielne wykonanie zadania, ponieważ pozwoliło nam to lepiej zrozumieć technologię, jej zalety i ograniczenia. Jednak gdy doszliśmy do etapu wielokrotnego wykonywania zdjęć stosunkowo dużych obszarów w celu monitorowania zmian środowiskowych w czasie, zdecydowaliśmy się na inne podejście. Platforma finansowania społecznościowego firmy GLOBHE umożliwiła mi zatrudnienie kilku pierwszych absolwentów African Drone & Data Academy, którzy w naszym imieniu wykonywali zdjęcia dronem. Sprawdziło się to znakomicie i zamierzamy wykorzystać to podejście w naszych nadchodzących projektach mapowania dronem.”

Drony są obecnie wysyłane raz w miesiącu w celu identyfikacji miejsc lęgowych komarów. Zespół zbiera dane przez cały okres pory suchej, aby lepiej zrozumieć, gdzie komary składają jaja, ze szczególnym uwzględnieniem obszarów wokół tam, zbiorników wodnych i innych odpowiednich siedlisk.

Mając uproszczony aspekt zbierania danych, dr Stanton skupia się teraz na tym, jak można nimi manipulować, aby uzyskać jak najbardziej użyteczne spostrzeżenia. „Obszar, w którym mogę przewidzieć bardziej bezpośrednie usprawnienia, to przetwarzanie obrazów” – mówi.

„Zbieramy coraz więcej obrazów siedlisk larwalnych, aby trenować algorytmy klasyfikacyjne, i jesteśmy w stanie zdalnie uzyskać dostęp do coraz potężniejszych serwerów, aby uruchomić te algorytmy. Ilość przechwytywanych danych jest ogromna, a udoskonalenia w technologii dronów tylko ją zwiększą. Od czasu eksperymentowania z metodą finansowania społecznościowego, nasza uwaga skupiła się na tym, „co najbardziej użytecznego możemy zrobić z tymi zdjęciami”.

Praca zespołu Maladrone udowodniła wpływ, jaki drony mogą mieć na kontrolę wektorów zachorowań na malarię. Patrząc w przyszłość, rola zautomatyzowanych systemów będzie rosła.

„Zakładając, że obrazowanie z dronów staje się coraz łatwiejsze do uzyskania i zarządzania, widzę świat, w którym większość informacji na temat lokalizacji siedlisk larwalnych można uzyskać z dronów, uzupełnionych o pobieranie próbek naziemnych”.

Wnioski wyciągnięte w praktyce

Wprowadzenie dronów do społeczności, które są nieufne wobec nowych technologii

Chociaż drony są w przeważającej mierze wykorzystywane do czynienia dobra, ludzie, którzy nie znają tej technologii, mogą być początkowo sceptyczni. Jeśli nie podejdzie się do tego z rozwagą, może to stanowić barierę dla adaptacji. Dr Stanton wyjaśnia, że wiele czasu i energii włożono w to, aby lokalna społeczność dobrze czuła się w kontekście projektu Maladrone. Pomógł w tym fakt, że w regionie tym istniały już pewne kontakty z dronami dzięki programowi UNICEF Humanitarian Drone Corridor. „Uzupełniliśmy to naszymi własnymi działaniami w zakresie zaangażowania, wspieranymi przez zespół ds. komunikacji naukowej w Malawi-Liverpool-Wellcome Trust w Blantyre, które okazały się bardzo skuteczne” – mówi.

„Zademonstrowaliśmy drony i techniki nadzoru nad komarami, które stosowaliśmy w projekcie, oraz wyjaśniliśmy, dlaczego robimy to, co robimy. Więc chociaż drony nadal przyciągały trochę uwagi podczas badań mapujących, społeczności, w których otoczeniu pracowaliśmy, czuły się z nimi bardzo komfortowo.”

Alexander DC Mtambo jest pilotem Crowddroning dla GLOBHE. Zbierał dane dla projektu Maladrone i wierzy, że wprowadzenie najnowszej technologii do lokalnych społeczności może mieć znaczący wpływ na przyszłe pokolenia.

„Widzę to za każdym razem, gdy latam w tych lokalnych wioskach” – mówi. „Ta ekspozycja jest wspaniała. Być może nigdy nie dowiemy się, jaką inspirację dostarczamy tamtejszym dzieciom. Z takich miejsc mogą wyrosnąć wspaniali ludzie. Zawsze, gdy wychodzę latać, upewniam się, że spędzam czas z dziećmi i pokazuję im, co robię.”

Znaczenie przyjaznego otoczenia administracyjnego

Projekt Maladrone w znacznym stopniu skorzystał z możliwości działania wewnątrz Malawi’s Humanitarian Drone Corridor, inicjatywy uruchomionej przez rząd Malawi i UNICEF w 2017 r. w celu przetestowania wykorzystania dronów do celów humanitarnych. Do tej pory był to potężny sprawdzian skuteczności, który umożliwił wiele innowacyjnych zastosowań dronów.

„Program Humanitarian Drone Corridor był absolutnie kluczowy dla uruchomienia tego projektu” – wyjaśnia dr Stanton, który w tym momencie po raz pierwszy prowadził badania z wykorzystaniem dronów w Malawi.

„Humanitarian Drone Corridor był bramą do zrozumienia malawijskich przepisów i procesów, a jednocześnie wprowadził mnie do społeczności ekspertów w tej dziedzinie. To dało nam pewność siebie przy tworzeniu projektów w innych miejscach w Malawi. Powiązanie z Humanitarian Drone Corridor pomogło również złagodzić wszelkie obawy fundatorów i etycznych komisji rewizyjnych dotyczące prywatności i bezpieczeństwa, biorąc pod uwagę, że drony są nadal bardzo nowym elementem badań medycznych.”

Szczepionki, automatyzacja kontroli liczebności larw komarów i rola dronów w przyszłości

Zbieranie danych o komarach i podejmowanie działań na podstawie tych informacji to dwa różne zadania. Może się okazać, że drony są rozwiązaniem umożliwiającym sprostanie obu wyzwaniom.

W 2019 roku zmodyfikowane drony DJI Agras MG-1S wspierały innowacyjny pilotażowy program Anti-Malaria Drones w Tanzanii. Zespół spryskał pola ryżowe za pomocą biologicznego środka o nazwie Aquatain. Zamiast działać jak konwencjonalny pestycyd, substancja ta pokrywa stojącą wodę cienką powłoką, która zapobiega pojawianiu się dorosłych komarów.

Wyniki były bardzo obiecujące. Na polach spryskiwanych substancją Aquatain zaobserwowano blisko 90% redukcji liczby pojawiających się dorosłych komarów przez ponad miesiąc. Drony są również opcją do dystrybucji tradycyjnych pestycydów. Mając na uwadze te wyniki, łatwo sobie wyobrazić przyszłość, w której drony odgrywają główną rolę w mapowaniu miejsc docelowych i dostarczaniu środków zapobiegawczych nowej generacji.

Nic dziwnego, że zespół Maladrone rozważa zastosowanie rozwiązania łączonego. „Jedną z motywacji do stworzenia Maladrone była chęć wykorzystania zebranych przez nas informacji do informowania programów zwalczania malarii o tym, jak najlepiej ukierunkować ich interwencje” – mówi dr Stanton.

Istnieje kilka modyfikacji środowiskowych, które można wprowadzić, aby zapobiec rozwojowi komarów. Wchodzą one w zakres zarządzania liczebności larw (LSM) i mogą obejmować rozpylanie środków chemicznych w zbiornikach wodnych.

„Ze względu na to, jak pracochłonne może być to zadanie, szczególnie w gorących, trudno dostępnych środowiskach, drony mogą odegrać ważną rolę w identyfikacji, a następnie leczeniu siedlisk larwalnych. Jedną z najważniejszych informacji zwrotnych, jakie otrzymaliśmy od społeczności, w których pracowaliśmy w Kasungu, jest to, że są one teraz chętne, aby zobaczyć, jak nasze wstępne badania przekładają się na działania. Podzielamy ten entuzjazm i obecnie poszukujemy dodatkowych funduszy na zbadanie sposobów zmniejszenia populacji komarów na tych obszarach – co obejmuje opryski wspomagane dronem.”

Być może widzieliście ostatnie nagłówki o przełomowej szczepionce. Obiecuje ona mieć ogromny wpływ na wskaźniki śmiertelności niemowląt w Afryce Subsaharyjskiej, gdzie ponad 260 000 dzieci poniżej piątego roku życia umiera co roku z powodu malarii. Oczekuje się, że szczepionka RTS,S dla dzieci uratuje niezliczoną liczbę istnień ludzkich, ale nie jest to cudowny środek i musi być stosowana w połączeniu z innymi metodami.

„Nie ma uniwersalnego sposobu na rozwiązaniu problemu malarii” – wyjaśnia dr Stanton. „Wiadomości na temat szczepionek są fantastyczne i powinny, miejmy nadzieję, mieć wpływ na transmisję w niezbyt odległej przyszłości, ale to nie jest czas, aby zdjąć nogę z gazu, ponieważ ten błąd zdarzył się już wcześniej”.

Zwalczanie transmisji malarii jest szczególnie trudne w obliczu zmian środowiskowych. Siedliska komarów są dynamiczne, zmieniają się wraz z porami roku oraz w wyniku ingerencji człowieka. Stosowane działania interwencyjne mogą mieć wpływ na wzorce transmisji. Przy tych stale zmieniających się celach, potrzeba zrozumienia i ukierunkowania „punktów zapalnych” transmisji jest priorytetem.

„Nadzór jest kluczem do zrozumienia, i to jest miejsce, gdzie drony i inne zautomatyzowane systemy mają potencjał, aby przyczynić się do tego”, mówi.

” Nadzór jest kluczem do zrozumienia, który może dotyczyć środowiska fizycznego – tak jak w programie Maladrone – ale widziałam też wczesne prototypy dronów wykorzystywanych do wyłapywania i analizowania dorosłych komarów (Projekt Premonition firmy Microsoft) oraz pobierania próbek wody w celu sprawdzenia, czy nie ma w niej larw komarów. Drony mogą być również wykorzystywane do podawania lub dostarczania środków interwencyjnych. Myślę, że czeka nas o wiele więcej przydatnych technologii!”.