Potential malaria vectors in Maremma area: a multidisciplinary study

Dottorato di ricerca in Evoluzione biologica e biochimicaNegli ultimi anni in Europa sono state introdotte o reintrodotte alcune malattie trasmesse dalle zanzare, tra cui la malaria. Alla luce del presunto riscaldamento globale e della possibile diffusione di agenti patogeni e vettori, è stato condotto uno studio multidisciplinare sulla possibilità di reintroduzione della malaria in certe aree a rischio dell’Italia. A questo scopo è stata scelta, come area di studio, la Maremma, una stretta fascia costiera pianeggiante in cui la malaria era iperendemica fino agli inizi degli anni ‘50. Questi livelli di iperendemia erano mantenuti da Anopheles labranchiae, il vettore più competente tra le specie del complesso Anopheles maculipennis e ancora presente nella regione. Inoltre nel 1997, in una zona rurale del grossetano, si è verificato un caso di malaria autoctona da Plasmodium vivax, presumibilmente trasmesso da popolazioni locali di An. labranchiae, dimostrando come la Maremma sia un’area a rischio di reintroduzione della malaria. Il presente studio ha inteso caratterizzare la fauna anofelica della Maremma e il Potenziale Malariologenico dell’area. In particolare è stata valutata la distribuzione spaziale e la densità di An. labranchiae, dimostrando come i fattori ambientali e climatici possano influenzare la presenza di questa specie nell’aria di studio, utilizzando tecnologie di tipo GIS. Inoltre sono state descritte alcune caratteristiche ecologiche e biologiche di questo vettore, quali l’antropofilia/zoofilia e il periodo di attività trofica, fattori importanti nella valutazione della Capacità Vettrice, ed è stato caratterizzato, per la prima volta, a livello ultrastrutturale, l’apparato riproduttore femminile. Le zanzare sono state raccolte durante indagini stagionali e durante survey sporadici condotti in siti selezionati. Le zanzare sono state catturate in ambienti indoor (ricoveri animali e locali frequentati dall’uomo) e durante catture notturne “su uomo”. Sono stati raccolti e analizzati quei parametri climatici che potessero influenzare la dinamica stagionale delle zanzare. Le specie del complesso An. maculipennis sono state identificate attraverso la morfologia delle uova e utilizzando una Multiplex-PCR. Inoltre sono stati raccolti i dati storici di distribuzione e abbondanza delle specie anofeliche presenti in Maremma e di incidenza della malaria, oltre ai dati aggiornati dei casi di malaria importata e dei portatori di gametociti. La formula di MacDonald ha permesso di calcolare i valori teorici di capacità vettoriale di An. labranchiae. L’apparato riproduttore femminile di Anopheles maculipennis s.s., An. labranchiae e Anopheles stephensi è stato analizzato e confrontato dal punto di vista ultrastrutturale, utilizzando la microscopia ottica e quella elettronica a scansione e a trasmissione. Analisi geostatistiche, in cui sono state applicate tecnologie GIS, sono state condotte per individuare i potenziali focolai larvali e per valutare l'abbondanza degli adulti di An. labranchiae. Sono state raccolte 9.629 zanzare appartenenti a 17 specie. Tra queste zanzare, 9.364 (97,2%) sono esemplari appartenenti al complesso An. maculipennis. I risultati evidenziano che An. labranchiae è la specie più abbondante lungo tutta la pianura costiera della Maremma e le sue fluttuazioni stagionali sono diverse in ciascun sito. Tuttavia questa specie è stata identificata anche in aree interne della Toscana, Umbria e Lazio. Sono state quindi elaborate mappe di distribuzione spaziale delle larve e di presenza degli adulti secondo la metodica di Tran e collaboratori. Inoltre un modello statistico multicategoriale di regressione logistica, basato su “predittori” climatici, è stato sviluppato per descrivere le fluttuazioni stagionali di An. labranchiae. Dalle indagini entomologiche e dall’elaborazione della mappa di distribuzione è stata stimata un’elevata Recettività dell’area di studio per An. labranchiae (parametro che valuta la presenza e la densità del vettore). Gli alti valori di densità, rilevati in alcuni siti, sono strettamente legati alla presenza dei focolai larvali maggiormente produttivi (risaie e paludi) e alla presenza di aziende zootecniche. In Maremma l’Infettabilità di An. labranchiae è nota per P. vivax, mentre sembra che vi sia una scarsa competenza a trasmettere ceppi afro-tropicali di Plasmodium falciparum. E’ inoltre confermata una Vulnerabilità molto bassa dell’area dovuta alla scarsa presenza di portatori di gametociti presenti durante la stagione favorevole alla trasmissione. In Maremma quindi il Potenziale Malariogenico appare basso come in altre zone del paese in cui An. labranchiae ancora è presente a densità rilevanti. Un ritorno a una situazione endemica della malaria non sembra possibile (anche per il miglioramento delle condizioni socio-economiche e culturali). Tuttavia, il verificarsi di casi isolati appare un evento improbabile, ma non impossibile, come già avvenuto in quest’area nel 1997. In realtà è possibile che gli immigrati clandestini che vengono in Italia come lavoratori stagionali da paesi ad endemia malarica, rifiutando di accedere alle strutture sanitarie pubbliche, possano introdurre gametociti in zone rurali a rischio. Va inoltre considerato che in estate i turisti, molto numerosi nella zona, potrebbero essere esposti a punture di zanzare più dei residenti. La Maremma comunque rappresenta un modello di studio idoneo per l'analisi epidemiologica ed entomologica del rischio di reintroduzione della malaria. Per fattori genetici, storici, sociali ed epidemiologici, An. labranchiae è, infatti, l'unica specie che può davvero rappresentare un potenziale rischio di ri-emergenza della malaria per quei paesi che si affacciano sul versante occidentale del bacino del Mediterraneo. Per questo motivo, la sorveglianza epidemiologica ed entomologica deve continuare, soprattutto lungo la pianura costiera della Maremma, dove le densità rilevanti di An. labranchiae rappresentano ancora motivo di preoccupazione per la possibile ricomparsa della malaria in Italia.In the last years, in some European Countries the introduction/re-introduction of some Mosquito- Borne Diseases, including malaria, occurred. In the light of the expected global warming and of the potential spread of exotic pathogens and vectors, a multidisciplinary-study on the possibility that malaria could be reintroduced in Italy was carried out. The Maremma region, a narrow coastal plain hyperendemic for malaria up to early 1950’s, was selected as the study area. Here, hyperendemic levels of the disease were maintained by Anopheles labranchiae, the more competent vector species of the Anopheles maculipennis complex, still present in the region. Moreover, in this area an autochthonous-introduced Plasmodium vivax case, reasonably transmitted by indigenous An. labranchiae, occurred in a rural locality of Grosseto in 1997, demonstrating that Maremma is still a suitable area for malaria reintroduction. This study aimed to characterize the anopheline fauna of Maremma Plain and its Malariogenic Potential. In particular were assessed the spatial distribution and density of An. labranchiae, showing how the environmental and climatic factors could influence its occurrence in the study area, by using remote sensing techniques. Moreover were characterized some ecological and biological features of this malaria vector, such as its feeding preference and its trophic activity on humans (important elements in the assessment of the Vectorial Capacity), and was described its female reproductive system at ultrastructure level. Entomological data were collected by longitudinal and sporadic surveys carried out. Mosquitoes were collected in indoor resting sites and human-bait night collections were also performed. Environmental parameters that could influence mosquito dynamics were analysed. An. maculipennis species were identified by egg-exochorion morphology and by Multiplex-PCR. Historical data on the distribution and bionomics of anopheline species in Maremma, past data on malaria incidence and current data on imported cases (gametocyte carriers) were also acquired. The theoretical values of Vectorial Capacity of An. labranchiae were assessed by the MacDonald formula. The reproductive system of three Anopheles species was compared and analyzed by using light microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. In order to identify the potential breeding sites and to assess the abundance of adults mosquitoes, geostatistical analysis were carried out by using GIS software. A total of 9629 mosquitoes, belonging to 17 species, were collected. Out of total sample, 9364 (97.2%) were anophelines belonging to the An. maculipennis complex. The results highlighted that An. labranchiae is the most abundant species in coastal plain of Maremma Plain and its seasonal trends are different in each site. However, this species was also detected in the internal areas of Tuscany, Umbria and Lazio Regions. Maps with spatial distribution of An. labranchiae were produced according to Tran et al.,. Furthermore, a multi-category statistical model based on logistic regression and driven by climatic predictors was computed to describe the yearly absence/presence of An. labranchiae in the main collecting sites. The results of the surveys and the development of distribution maps show a high Receptivity of the study area (factor that takes into account presence and density of the vector), related to the occurence of the most relevant breeding sites (rice-fields and marshes) and of the livestock density. In Maremma a known Infectability of the An. labranchaie with P. vivax, opposite to an apparent poor competence to transmit afro-tropical P. falciparum strains was already demonstrated. The study area also confirms a very low Vulnerability due to the scarce presence of gametocyte carriers potentially circulating during the favourable transmission season. In the study area, the overall Malariogenic Potential appears to be low, as in other areas of the country where An. labranchiae still persist in relevant densities. So a return to a situation of endemic malaria should be considered not possible (also due to the improved cultural and socioeconomic conditions). Nevertheless the occurrence of isolated cases appears improbable, but not impossible as already occurred in this area in 1997. In fact it is possible that illegal immigrants, coming from endemic malaria countries as seasonal workers, and afraid to attend public health facilities, may introduce gametocytes in rural “at risk” areas. It should be also considered that in the summer, tourists largely occurring in the area could be exposed to mosquito bites more than resident people. However Maremma Plain represents a suitable study-model for epidemiological and entomological analysis on the risk assessment of malaria reintroduction. Indeed due to genetic, historical, social and epidemiological reasons, An. labranchiae is the only species that may really represent a potential risk of malaria re-emergence in those countries facing the Western side of the Mediterranean Basin. For this reason epidemiological and entomological surveillance has to go on, especially along the coastal Maremma Plain, where the relevant abundance of An. labranchiae still represents a concern about the possible reappearance of malaria in Italy