Modeling Rift Valley fever virus transmission dynamics : insight from micro- to macro-scale studies

Dynamique de transmission du virus de la fièvre de la Vallée du Rift : modélisation mathématique de l'échelle micro à l'échelle macro

• Auteur / Autrice : Hélène Cecilia
• Direction : Pauline Ezanno, Raphaëlle Metras, Renaud Lancelot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des populations, écologie
• Date : Soutenance le 28/10/2021
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole nationale vétérinaire
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ecologie, Géosciences, Agronomie et Alimentation
• Jury : Président / Présidente : Frédérick Arnaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pauline Ezanno, Raphaëlle Metras, Renaud Lancelot, Frédérick Arnaud, Catherine Linard, Sébastian Lequime
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Viboud, Samuel Alizon

Mots clés

Mots clés libres

Fièvre de la Vallée du Rift

Modélisation mathématique

Maladie vectorielle

Multi-hôte

Sénégal

Rift Valley fever virus

Mathematical modeling

Vector-borne disease

Multi-host

Senegal

Résumé

La fièvre de la Vallée du Rift (FVR), maladie virale, vectorielle et zoonotique, touche principalement les animaux d'élevage : bovins, chèvres, moutons. Nous avons visé à mieux comprendre la contribution des différentes espèces d'hôtes dans la transmission du virus de la FVR, avec le Sénégal pour zone d'étude. Une revue de la littérature nous a permis de caractériser la diversité des modèles mathématiques existants pour la FVR, et les questions encore non abordées. En cartographiant le potentiel épidémique de la FVR au nord du Sénégal, nous avons montré que pendant 3 saisons des pluies consécutives, le mois de Septembre était la période la plus à risque. Pour quantifier les différences d'infectiosité entre espèces d'hôtes à l'échelle individuelle, nous avons développé un modèle intra-hôte de la dynamique virale, et avons fait le lien avec la probabilité d'infecter les vecteurs. Nos résultats montrent que les moutons sont les plw infectieux et que les moustiques du genre Aedes s'infectent plus facilement que les Culex. Cette hétérogénéité a été incorporée dans une métapopulation modélisant les mouvements saisonniers de transhumance au nord du Sénégal. Cela nous a permis de quantifier le délai entre l'introduction du virus de la FVR par les populations nomades et la propagation de l'infection chez les sédentaires. Nous avons également mis en évidence une infection systématiquement plus précoce chez les bovins que chez les petits ruminants. Cette thèse a ainsi permis de mieux comprendre la dynamique de transmission d’un agent pathogène multi-hôtes et d'identifier des pistes pour l’élaboration de stratégies de maitrise ciblées et efficaces.

Rift Valley fever (RVF), a viral, vector-borne, zoonotic disease, affects multiple hosts, mainly livestock such as cattle, sheep, and goats. We aimed at enhancing knowledge on the relative contribution of hast species to transmission, focusing on Senegal, a region with recurring RVF virus circulation. With a systematic review of existing mechanistic epidemiological models for RVF, we identified critical knowledge gaps and characterized the diversity of modeling approaches. We mapped RVF epidemic potential in northem Senegal for three consecutive rainy seasons (2014-2016), using the basic reproduction number. September was identified as a period of high risk of amplification following virus introduction. To quantify differences in infectiousness between hast species, we developed the first within-host model of the viral dynamics in hast cells, and estimated the relationship between hast infectious viral loads and the probability to infect mosquitoes. The results showed that sheep were the most infectious hast species, and that Aedes vectors were more likely to get infected than Culex when fed with similarly infectious bloodmeals. We incorporated this heterogeneity into a metapopulation model representing seasonal herd movements in northem Senegal. We quantified the delay between RVFV introduction through nomadic herds and infection of sedentary populations. We highlighted a systematic earlier infection in cattle than goats and sheep. This PhD used modeling to disentangle the complex transmission dynamics of a multi-host, multi-vector pathogen, highlighting possible avenues for the development of efficient and targeted control strategies, crucial to ultimately prevent human cases.