新兴市场Fustec 用镊子把膨胀的扁虱放在显微镜下,精心拍摄照片. Its blood-red color gives away the tick’s favorite meal.

A postdoctoral researcher in the biology lab of 妮可L. Achee约翰P. 格雷科, Fustec正在为已知的蜱拍摄《亚虎体育平台》级别的照片,以便训练一个实验性的人工智能程序如何识别正确的蜱种类. Only a few specialists in the world can make a reliable identification by sight, 但人工智能程序将学习形态特征(如嘴巴大小或腿的颜色),以区分不同种类的蜱虫,通过处理多达100张图片,在每个雄性和雌性标本的三个生命阶段.

John 格雷科和Nicole Achee pose in front of the Word of Life Mural.
John 格雷科和Nicole Achee

这种知识——特别是如果它被迅速和广泛地了解的话——可以让科学家了解蜱虫物种和蜱虫传播的病原体(病毒)之间的联系, 细菌, 寄生虫) with the potential to become the next global p和emic, 和 also allow for better risk projection 和 early prevention, 控制计划的关键是什么.

从bug图片到全球早期检测系统,识别下一个COVID-19,还有很长的路要走. Achee 和 格雷科 recently started a 15-month first phase of a project called REDI-NET, which st和s for Remote Emerging Disease Intelligence Network.

Achee说:“我们希望提高‘数据到决策’流程的准确性和及时性。.

U.S. Army Medical 研究 和 Development Comm和 以保护驻扎在任何地方的美军及其家属, 以及这些地区的社区, the goal is to provide actionable data to decision-makers in military, 政府部门或卫生部门. 一个在现场实验室不可靠的流程,或者可能需要数周时间才能将样本送到海外的流程,可以通过位于亚虎体育平台的一个定制的新数据门户,几乎立即在网上提供 计算研究中心.

妮可L. Achee.

“我们希望提高‘数据到决策’流程的准确性和及时性.” 妮可L. 阿奇,首席研究员

“The big picture is that we’re going to get more real-time data,” said 格雷科. “当蜱虫数量大到足以将病原体传播给人类时,你可以进行风险评估. 这些东西会, 希望, allow us to make better predictions at a faster rate, 在这些疫情失控之前控制住它们.”

The next p和emic is not likely to start blocks from the 疾病控制中心 在亚特兰大. 相反,这种未知的病原体将在偏远地区向人类传播,那里的人与动物有密切接触.

格雷科和Achee在拉丁美洲、非洲和亚洲的实验室工作了多年. REDI-NET的第一阶段首先是创建收集可靠数据的标准程序,并将其格式化为一个计算机平台,该平台能够超越基本信息,实现复杂数据过滤器和数据可视化等功能. 之后的阶段将扩大跨地域和生态的伙伴关系,包括军事, 世界各地的健康和政府实验室可以输入他们当地的实地研究.

一个世界地图的位置,实验室的位置. 印第安纳州亚虎体育, 马里兰州海军医学研究中心, 马里兰州的沃尔特里德生物系统部, Navy Entomology Center of Excellence in Florida, 伯利兹病媒和生态中心, 以及肯尼亚的姆帕拉研究中心.
银实验室: Field labs that collect environmental samples (water, 土壤)和吸血生物,如蜱和水蛭,并检测它们的病原体(病毒), 细菌, 寄生虫). 黄金实验室: 利用其专业知识制定标准抽样和检测程序并进行监测的研究实验室, organize 和 verify data collected in the field.

“疾病监测的挑战之一是在这些循环病原体存在的地点检测样本的能力,”Achee说. “有了这个装置, 我们可以将病原体数据与我们采样地的生态数据整合起来,以便更好地向负责开展控制活动或降低病原体感染该环境中人或动物风险的合作伙伴提供信息.”

在11月初, REDI-NET团队向来自军事传染病研究计划( MIDRP), which manages the defense funding for the project. 导演坳. 斯图尔特·泰纳,曾在卢·霍尔茨执教的亚虎体育橄榄球队担任进攻边锋.

“我们知道,生物载体(传播病原体的有机体)是限制或预防战争人员疾病的关键,泰纳告诉阿奇和格列科. “我认为基于矢量的研究有一些机会来解决我们的问题.”

实地考察

从直升机上看,开阔的草地上有几丛灌木和几棵较大的树. 一辆白色的工作卡车在右边.

In REDI-NET’s lab in the Galvin Life Science Center, 多诺万莱 拿起一块专门的布,向MIDRP小组解释如何拖动一个区域来捕捉蜱虫.

多诺万莱的个人照片.

“通过这项工作, I’ve seen opportunities to improve health care 和 research in my country, 我希望能有所贡献.” -多诺万莱,研究生
基奥全球事务学院

莱瓦, currently a graduate student in the 基奥全球事务学院, 来自伯利兹,在Achee和格雷科的伯利兹病媒与生态中心(BVEC) just before graduating from the University of Belize with a biology degree. 在BVEC的四年时间里,他从实习生到研究助理再到代理经理, 参与收集蜱虫,举办社区卫生教育活动,培训病媒控制政府官员, 指导亚虎体育的学生,在国际科学会议上发言.

去年, 莱瓦 decided to further his education with a master’s degree at 亚虎体育平台, 格列科和阿奇聘请他与三名本科生研究员一起做兼职工作. “通过这项工作, I’ve seen opportunities to improve health care 和 research in my country, 我希望能有所贡献,”莱说.

两个人站在开阔的草地上. One person, in the foreground, drags a sheet of fabric through the grass. 另一个在后台做笔记. Further into the distance you can see a line of trees 和 a moutain.
2021年11月,伯利兹病媒与生态中心的研究人员在一片空地上捕捉蜱虫.

这种地方参与和联系的形成帮助Achee和格雷科在世界各地的实地工作中建立伙伴关系. 这对夫妇已经在一起工作了25年多,以更好地了解疾病媒介. 他们有共同的职位 生物科学系艾克全球卫生研究所.

他们的经验帮助他们理解远程实验室操作的挑战性条件. Phase 1 of the REDI-NET program aims to establish st和ard operating procedures, 培训材料和新技术,可在不同地点和时间比较病媒和疾病数据.

例如, 该项目将使用平板电脑和定制设计的移动应用程序在现场输入数据, whether there is an internet connection there or not. 关于收集位置和环境条件的信息字段包括下拉菜单,以确保数据在任何地方都以相同的方式格式化.

树叶上一只蜱虫的特写.
一种蓖麻蜱,能传播细菌和病毒病原体,如莱姆病和蜱传脑炎.

“不同种类的蜱携带不同的病原体,具有不同的生态,”阿奇说. “这意味着它们可能以生活在不同环境中的不同类型的动物为食, maybe a savannah versus a mountainous area versus a swamp.”

除了蜱类,该项目还将收集和处理水蛭、水和沉积物样本. 蚊子, 最著名的向量, may come later because most other programs focus solely on mosquitoes. redis - net第一阶段的目标是为标准化采集样品奠定基础,加强野外实验室的检测能力.

“It’s not that pathogen surveillance is something new,”Achee说. “What we’re trying to do is enhance a system that has gaps.”

实验室工作

A close up of someone putting a lab sample inside of a test tube with tweezers.

The machine that Fustec is training to identify tick species was developed by Vectech这家生物科技公司已经在人工智能学习蚊子识别方面取得了成功. 它可以一次拍下12个扁虱的照片, so it will speed up a process that can be slow in the field.

Twelve ticks of varying sizes under a microscope.
生物技术公司Vectech开发了一种机器,帮助研究人员识别蜱虫种类.

亚虎体育的实验室 海军医学研究中心沃尔特里德生物系统部 被认为是REDI-NET系统内的黄金实验室,因为他们的专业知识和验证结果的责任. 佛罗里达的野外实验室(湿地), 伯利兹(热带森林)和肯尼亚(热带草原)被确定为银实验室. All will have the ability to test for pathogens.

The second phase of REDI-NET will exp和 field sample portfolio, 改善测试功能, validate surveillance models 和 train partners in the Defense Department.

每一秒, 水蛭, 将为水和土壤样本提供一个独特的条形码,该条形码将连接该样本的现场和实验室数据,并快速识别加载到数据门户的存储位置信息. 然后,Fustec演示了如何将蜱虫碾碎,以便另一台机器能够分离出它的DNA,并检测它携带的病原体类型——从登革热或冠状病毒到可能导致人类疾病的新型或鲜为人知的病原体.

A masked woman sits at a desk in a lab looking down at samples. 镊子在扁虱上方盘旋. 电脑屏幕上的一个勾的图片.
REDI-NET博士后研究员本尼迪克特·福斯泰克在实验室里对蜱虫进行成像.

“我可能可以列出20种现在正在流行的疾病——你从未听说过, that are right on our doorstep — that are mosquito or tick-borne,”格雷科说. “马雅罗热(一种与登革热有关的虫媒病毒)正在从南美蔓延到墨西哥,并可能在我们说话的时候蔓延到我们的南部边境. We don’t know where the next threat is going to come from. This program allows us to identify potential locations.”

埃博拉病毒. 猪流感. 西尼罗河病毒. Zika病毒. 莱姆病. 禽流感. “非典”. 这些疾病被称为人畜共患病,因为它们在蝙蝠或猴子等动物种群中定期传播,但可以传染给人类并导致致命的暴发. 人们对未来僵尸末日的恐惧,在格雷科和Achee看来是一个机会.

约翰P .的头像. 格雷科.

“我可能可以列出20种现在正在流行的疾病——你从未听说过, that are right on our doorstep — that are mosquito or tick-borne.” 镜头转P. 格雷科,首席研究员

“有可能在亚虎体育平台对这些病原体进行研究,”格雷科说. “很多病原体, we don’t even know they exist at this point in time, 但其他研究人员可以来这里. 我们校园里有一些人可以开始研究疫苗的开发, 治疗的发展.”

不断扩大的人口已经越来越多地侵入栖息地,在那里他们接触到动物,这些动物一直与这些病原体自然生活.

“病原体感染有许多不同的途径,”Achee说. “当人们与动物互动时, or vectors that previously fed on these animals, they can become exposed 和 initiate spillover into the human population. 这时就会出现突变, allowing the pathogen to become more adapted to a human host, 更容易传播.”

Achee could be describing the origin of the coronavirus p和emic, 在那里,科学证据正在形成,表明病毒从活体动物市场跳到了武汉接触过的人身上, 中国, 和n spread rapidly to other people through airborne respiration. 

云计算的工作

佛罗里达的热图. Areas in the Northern 和 Eastern parts of Florida indicate tick presence.

布拉德·桑德伯格, a research programmer in the 计算研究中心, 带领MIDRP团队通过他的团队正在为redis - net构建的数据门户. He displayed examples of sampling site maps that identify each specimen, training videos 和 data collection sheets displayed on the tablet. 他还展示了一幅病原体热图,它可以帮助领导者可视化危险热点或预测正在发展的威胁——基于由 亚历克斯·珀金斯, an associate professor in the 生物科学系.

这是佛罗里达州的热图. The northern 和 eastern part of the state indicates tick presence.
Predicted Lone star tick distribution within Florida. Gray areas indicate the model does not predict tick presence, while darker colors predict up to 99 percent likelihood of presence.

当上校. Tyner asked about aggregating data for a worldwide analysis, Achee表示,这些问题至关重要,因为终端用户的需求可以推动数据门户的定制创建. “这就是为什么我们开发一个redis - net标准化的数据收集方法和特定的数据管理平台,而不是尝试采用另一个平台是如此重要,”她说. “我们设想用户过滤他们想要的任何东西——比如蜱虫和病原体在柬埔寨的传播.”

项目的第三阶段旨在将REDI-NET系统纳入军队和大学实验室,收集世界各地的病原体或病媒信息. 样本类型和数据集最终将以标准化和指数的方式增长. 经过授权的用户将能够从任何地方登录到数据门户,并从基于云的门户检索所需的任何信息.

“这真的是关于扩大规模,”Achee说. “What we want to do is represent a global center of excellence. We want to serve as a conduit for training on field sampling, 实验室检测和数据标准化, for data warehousing 和 modeling for stronger outputs in disease surveillance.”

Achee 和 格雷科 don’t claim they can stop the next p和emic, which most experts expect to occur with increasing regularity in the future. But REDI-NET is being implemented to provide early warning.

“We will be better prepared the next time something happens,”格雷科说. “Maybe we can curtail the overall global impact. 阻止它? 这些很难停止,但肯定会为下一个结果做更多的准备.”

这项工作得到了美国农业部的支持.S. Army Medical 研究 和 Development Comm和 under Contract No.w81xwh - 21 - c - 0001. 视图, 本报告中包含的意见和/或调查结果是作者的意见,不应被解释为陆军部门的官方立场, policy or decision unless so designated by other documentation.