Distribution pattern of the molecular and spatial genetic diversity of Biomphalaria and its relation with the occurrence of schistosomiasis, region of the Middle Paranapanema, State of São Paulo

A UGRHI-17 da bacia hidrográfica do Médio Paranapanema (São Paulo, Brasil) é reconhecidamente uma área de alta biodiversidade de espécies de Biomphalaria e possui grande vulnerabilidade a acometimentos ambientais e em saúde, no caso da esquistossomose. O objetivo do estudo foi identificar áreas de maior risco para a ocorrência da esquistossomose utilizando dados de transmissão da esquistossomose e de diversidade genética molecular, associando-os às ferramentas geoespaciais, e com isso estabelecer áreas potenciais para a vigilância malacológica e da infecção em coleções de água doce na região do Médio Paranapanema. Os moluscos do gênero de Biomphalaria foram identificados por meio de características morfológicas e moleculares; enquanto os outros grupos taxonômicos (Drepanotrema, Lymnaea, Melanoides, Physa e Pomacea) foram identificados por características conchiológicas ou morfológicas. A análise filogenética das espécies de Biomphalaria foi realizada por meio da análise de sequências dos genes mitocondriais COI, 16S rRNA e COI+16S. As sequências do gene COI referentes ao trecho DNA Barcode foram testadas quanto à similaridade com sequências depositadas no GenBank e analisadas em ABDG, bPTP e GMYC para delimitação de espécies putativas. Na análise espacial foram utilizadas as estatísticas de varredura, Gi e de fluxo. Foram utilizadas as fichas notificação e investigação dos casos de esquistossomose na região de estudo entre 1978-2016. Foi calculado as taxas de incidência e foi avaliado a dependência espacial entre os casos autóctones e importados com a função K12 de Ripley. Foram gerados mapas da distribuição espacial dos caramujos do gênero Biomphalaria; dos casos de esquistossomose ocorridos na região de estudo; e da diversidade genética em haplótipos do gene 16S. Além disso, foi realizada modelagem de nicho para estimar cenários futuros de alteração na distribuição dos caramujos, utilizado o algoritmo de máxima entropia. Foram utilizados os dados de variáveis climáticas e topográficas obtidas no WorldClim, HydroSHEDS e TOPODATA e o modelo climático regional HadGEM2-ES do período de 2041-2060, considerando dois cenários de mudança climática possíveis: RCP2.6 e RCP8.5. Foram identificados aglomerados de alto risco para ocorrência de esquistossomose em Ourinhos, Assis e Ipaussu. Entretanto, ao longo dos anos, os casos passaram a ocorrer em baixa densidade em Ourinhos e deixaram de ocorrer nos demais municípios da região. Dos caramujos coletados, 75.5% eram Biomphalaria, 11.2% Drepanotrema e 13.3% de outros gêneros não planorbídeos. O modelo de máxima entropia mostrou que há probabilidade futura da espécie B. glabrata permanecer nos municípios de Ourinhos e Assis, e uma probabilidade em torno de 50% de a espécie expandir sua colonização a corpos de água doce de outros municípios da região de estudo, isto em função das mudanças climáticas. Os resultados para B. straminea mostram que esta espécie tem maior probabilidade de expansão de colonização no futuro, especialmente nos municípios próximos a Ourinhos. A análise filogenética mostrou árvores com cinco ramos monofiléticos com alto suporte estatístico. A diversidade de haplótipos está distribuída de forma diferente em cada um dos cinco taxa analisados. Conclui-se, em um dos resultados deste trabalho, que atualmente a esquistossomose, como problema de saúde pública no Médio Paranapanema, está restrita a Ourinhos. Tal fato pode estar relacionado à presença de B. glabrata em pontos específicos e à cobertura deficiente do saneamento básico. Desta forma, o estudo contribuiu para eleger áreas prioritárias para o combate aos caramujos e à doença para evitar ou reduzir transmissões futuras nesta região.The UGRHI-17 of the Middle Paranapanema watershed (São Paulo, Brazil) is recognized as an area of high biodiversity of Biomphalaria species and great vulnerability to environmental and health impacts for schistosomiasis. The objective of the study is to identify areas of greatest risk for the occurrence of schistosomiasis using transmission data from schistosomiasis and molecular genetic diversity, associating them with the geospatial tools, and thereby establishing potential areas for malacological surveillance and infection in collections of freshwaters in the region of Middle Paranapanema. Molluscs of the genus Biomphalaria were identified by morphological and molecular characteristics; while the other taxonomical groups (Drepanotrema, Lymnaea, Melanoides, Physa and Pomacea) were identified through conchiological or morphological characteristics. Molecular genetic analysis of the species was done through sequence analysis of the mitochondrial genes COI, rRNA16S and COI+16S. The COI gene sequences related to DNA Barcode portions were tested for similarity to sequences deposited in GenBank and analyzed ABDG, BPTP and GMYC for delimiting putative species. In the spatial analysis we used the scan statistics, Gi and flow maps. Reporting and investigation records of cases schistosomiasis in the study regions between 1978 and 2016 were used. Incidence were calculated and the existence of spatial dependence between autochthonous and imported cases was evaluated using Ripley\'s K12-function. Maps of the spatial distribution of snails of the genus Biomphalaria; cases of schistosomiasis occurred in the study region; and the genetic diversity in haplotypes of the 16S gene were generated. In addition, the ecological niche modeling to estimate future scenarios of alteration in the distribution of snails, used the maximum entropy algorithm in MaxEnt software. Climate and altitude data obtained from WorldClim, HydroSHEDS and TOPODATA and the regional climate model HadGEM2-ES from the period of 2041-2060 were used, considering two possible scenarios of climate change: Representative Concentration Pathways - RCP2.6 and RCP8.5. High-risk clusters were identified for the occurrence of schistosomiasis in Ourinhos, Assis and Ipaussu. However, over the years, cases occurred in low density in Ourinhos and ceased to occur in other municipalities in the region. Of the snails collected, 75.5% were Biomphalaria, 11.2% Drepanotrema and 13.3% of other non-planorbid genera. The maximum entropy model showed that B. glabrata is a future likely to remain in the municipality of Ourinhos and Assis and a probability around 50% of species to expand their colonization to freshwater bodies of other municipality of the study region, due to the climatic changes. The results for B. straminea showed that this is the species most likely to expand colonization in the future, especially in the municipalities near Ourinhos. The phylogenetic analysis showed trees with five monophyletic branches with high statistical support. The diversity of haplotypes is distributed differently at each of the five taxa analyzed. As one of the results of this work it was concluded that, currently, schistosomiasis as a public health problem in the Middle Paranapanema is restricted to Ourinhos. This may be related to the presence of B. glabrata at specific point and poor coverage of basic sanitation. In this way, the study contributed to the selection of priority areas for combating snails and disease in order to avoid or reduce future transmissions in this region