Epidemiological Study of Lumpy Skin Disease and Its Economic Impact in Ethiopia

La dermatose nodulaire contagieuse (DNC) est une des maladies virales les plus importantes économiquement chez les bovins en Ethiopie. Elle est causée par le virus LSD (Lympy skin disease virus) appartenant au groupe des Capripoxvirus. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre l'épidémiologie de cette maladie afin de proposer des méthodes de contrôle et de prévention efficaces et applicables sur le terrain. Cette thèse est construite en cinq chapitres. Le premier chapitre fait une description générale du système de production agricole en Ethiopie et présente nos connaissances actuelles sur ce virus et cette maladie. Le second chapitre est consacré à l'évaluation d'un test d'immunofluorescence indirecte (IFI) pour le diagnostic sérologique à l'aide de méthodes sans gold standard. Le test de séroneutralisation virale a été utilisé comme second test de comparaison. L'analyse à l'aide d'un modèle bayesien a montré que l'IFI présentait une bonne sensibilité (92%) et une bonne spécificité (88%) ce qui suggère que ce test peut être utilisé pour le diagnostic et le dépistage de masse de la Dermatose Nodulaire Contagieuse avec une relativement faible proportion d'erreurs. La possibilité de tester un grand nombre de sérums en IFI est un autre avantage de cette technique pour conduire des études épidémiologiques de grande envergure. La sensibilité et la spécificité de la séroneutralisation virale (SNV) étaient respectivement de 78% et de 97%. En conséquence, le test IFI sera préféré pour un dépistage de masse en raison de sa meilleure sensibilité tandis que le test SNV sera réservé à la confirmation. Une étude épidémiologique transversale a été menée pour estimer la prévalence de la Dermatose Nodulaire Contagieuse Bovine à l'échelle du troupeau et de l'individu et pour définir les facteurs de risque associés à cette maladie dans le contexte particulier de l'Ethiopie. C'est l'objet de la troisième partie de cette thèse. Un total de 330 questionnaires d'enquêtes a été collecté de 44 associations paysannes situées dans 15 districts. La prévalence moyenne de la DNC à l'échelle du troupeau était de 42,8% (IC à 95% : 37,5 48,3). Elle était significativement plus élevée dans les zones d'altitude moyenne 55,2% (IC à 95% : 47,5 62,6) que dans les zones de basse altitude (22,3%) ou les zones de haute altitude (43,5%). La prévalence de la DNC et la mortalité due à cette maladie, observées à l'échelle de l'animal, étaient de 8,1% et de 2,12% respectivement. A nouveau, elles étaient plus élevées dans les zones d'altitude moyenne (10,4% et 3,2% respectivement) que dans les zones de basse et haute altitude (P < 0,05). L'analyse de facteurs de risque a montré que trois variables étaient significativement associées avec la prévalence de la DNC : l'effet de la zone agroclimatique, la conduite de troupeaux différents sur les mêmes pâtures et les mêmes lieux d'abreuvement et l'introduction de nouveaux animaux. L'incidence maximale de la DNC était concomitante de l'augmentation des populations d'insectes hématophages : cette association dans le temps était significative (coefficient de Spearman de 0,88 ; 0,79 et 0,79 respectivement pour les zones de haute, moyenne et basse altitude). L'évaluation de la faisabilité financière et des bénéfices espérés de la vaccination ont constitué la quatrième partie de la thèse. Le coût financier à l'échelle de la ferme des cas cliniques de DNC et le bénéfice économique de son contrôle par la vaccination ont été analysés dans cinq districts de la région Oromia. 747 questionnaires concernant une période de production d'un an ont été collectés. Des données d'épidémiologie descriptive ont été obtenues. L'incidence cumulée sur un an et les taux de mortalité ont été calculés pour chaque race, sexe et groupes d'âges. Le coût annuel des cas cliniques de DNC a été calculé en additionnant les pertes de production dues à la morbidité et à la mortalité. Les paramètres intervenant dans l'estimation des coûts financiers étaient les pertes de lait et de viande, la perte de capacité de travail (traction essentiellement) et les coûts de traitement et de vaccination. Le coût financier annuel par tête de bétail a été estimé à 6.43 dollars américains (USD) pour le zébu local et 58 USD pour les croisés Holstein dans les troupeaux infectés. La réduction des coûts financiers de la DNC par tête de bétail à l'aide d'un plan de vaccination annuel a été évaluée à 40% pour le zébu local et à 58% pour les bovins croisés Holstein. L'analyse comparative entre vaccination et absence de vaccination a permis de montrer que les producteurs locaux pourraient non seulement récupérer un bénéfice financier substantiel de la vaccination mais qu'ils pourraient également assurer la survie à long terme de leur élevage. Finalement, dans la cinquième partie sont présentées une discussion générale de l'étude épidémiologique et des moyens de contrôle ainsi que les questions non résolues qui nécessitent des efforts de recherche supplémentaires. Les résultats de l'étude des facteurs de risque pourrait également apporter des informations utiles pour la connaissance de l'épidémiologie de la DNC bovine dans d'autres pays africains.Lumpy skin disease (LSD) is one of economically important viral diseases of cattle in Ethiopia caused by Lumpy skin disease virus in the member of the genus Capripox viruses. The objective of this thesis is to better understand the epidemiological features of the disease in order to propose practical and applicable control and prevention options. The thesis is classified in five chapters. The first chapter describes the general agricultural production system in Ethiopia and relates the current knowledge on the virus and the disease as given by the literature.The second chapter deals with the performance of indirect fluorescence antibody test (IFAT) as a serological diagnostic and screening tool that was evaluated using methods without gold standard. Virus neutralization test (VNT) was used as the second test for comparison. The analysis of conditional dependent Bayesian model showed that the IFAT had good accuracy both in sensitivity (92%) and specificity (88%) parameters indicating that it could be used for LSD diagnosis and screening (epidemiological studies, epidemiosurveillance) with less misclassification. Its capacity to run large number of samples per plate just like ELISA could be also taken as an advantage for large epidemiological studies. The sensitivity and specificity of VNT was 78%, 97% respectively. The two tests IFAT and VNT were found conditionally independent on the disease status of the animal. Thus, higher sensitivity and throughput for IFAT would render the test being selected for screening purposes and higher specificity performance of VNT would qualify it to be used as a confirmation test. A cross sectional study was then conducted to estimate the prevalence of LSD at herd and animal-levels and to analyze the risk factors associated with the disease occurrence in Ethiopia. It is presented in the third chapter. A total of 330 questionnaire surveys were collected from 44 peasant associations (PA) distributed in 15 districts. The average herd level LSD prevalence was 42.8% (95% CI: 37.5 48.3) and it was significantly higher in the midland agro-climate 55.2% (95% CI: 47.5 62.6) than in lowland and highland agro-climate zones (22.3% and 43.5%, respectively). The observed LSD prevalence and mortality at animal level were 8.1% and 2.12% respectively which were still higher in the midland zone (10.4% and 3.2%, respectively) than in lowland and highland zones (P< 0.05). The risk factor analysis showed that three variables: the effect of agro-climates, communal grazing/watering management and introduction of new animals were significantly associated with LSD occurrence. The temporal association between LSD occurrence and increase in the biting-fly population was also positively correlated by Spearman rank correlation coefficient (0.88, 0.79 and 0.79 for highland, midland and lowland zones, respectively) and statistically significant. The need to evaluate the financial feasibility and benefit possibly expected of vaccination led us to the fourth component of the thesis: The financial cost of clinical LSD at the farm level and the economic benefit of its control by vaccination from the farmers' perspective were analyzed in five selected districts in Oromia Regional state, Ethiopia. A pre-tested questionnaire survey addressing the period of one year production cycle was considered and 747 questionnaires were collected. Descriptive epidemiological results were obtained from the questionnaire survey data. Annual cumulative incidence, mortality and case fatality rates were calculated for each breed, sex and age groups. Annual financial cost due to clinical LSD infection was calculated as the sum of the average production losses due to morbidity and mortality. The variables that accounted for financial cost estimation were milk loss, beef loss, traction power loss, and treatment and vaccination costs. Annual financial costs per head were estimated of 6.43 USD in local zebu and of 58 USD in Holstein Friesian (HF)/ crossbred cattle in infected herds. The financial benefit of controlling LSD through a one year planned vaccination was calculated using partial budget analysis and the changes in the enterprise outputs from the control intervention were measured from the variables milk production, beef production and draft work-output. The marginal rate of return (MRR) gained from the control intervention was estimated at 76 (7600%) and the net benefit per head was 3 USD and 33 USD in local zebu and HF/crossbreds cattle respectively. This implied that annual vaccination had enabled to reduce the financial costs due to LSD by 40% and 58% per head in local zebu and HF/crossbreds respectively. The analysis of the planned vaccination as compared to a non vaccination scenario for a one year time horizon have shown that the livestock producers would get substantial benefit not only from financial gain perspective but also to secure and maintain sustainable enterprise business. Finally in the fifth chapter, general discussion on the epidemiological study and control options were presented along with persistent knowledge gaps that requires further research efforts to finetune the proposed control and prevention options. The result from the risk factor analysis could also shed light on the epidemiology of LSD in other African countries suffering from the disease.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF