Mapping Chagas disease transmission risk using vector and reservoir distribution models in San Luis Potosi, Mexico

Abstract

Chagas disease is a parasitic infection endemic to America, caused by the protozoan Trypanosoma cruzi and mainly transmitted to humans by contact with insect species of the Triatominae subfamily (Hemiptera). The disease is known to affect disproportionally rural impoverished human communities where it is known to cause premature death and is considered a social and economic burden. The Mexican government has made important progress into the detection, surveillance, treatment, and prevention of the disease in the last decades, however, Chagas disease has also been reported in areas where it had not been previously reported, and there are still barriers for access to treatment. In the state of San Luis Potosi, the disease is more studied in the east, nevertheless, it has been estimated that the reported cases of the entire state have been underestimated. New approaches to detect Chagas risk areas could help prioritize locations for Chagas disease education and prevention programs, detect cases of the disease in a timely manner, and provide access to the necessary treatments. The objective of this study was to identify risk areas for the transmission of Chagas disease in San Luis Potosí using species distribution modelling to estimate vectors and reservoirs’ distributions. To do this, firstly, important vectors and one reservoir species of T. cruzi were identified by reviewing their reported infection rates in literature and the number of times reported in Mexico. Next, species distribution models were calculated for the chosen vector and reservoir species present in the state. The models were done using the Maxent algorithm. Lastly, the resulting distribution models were combined into a risk map by thresholding the model outputs to produce binary predictions and then performing an overlap spatial analysis. Vector species were found to have suitable areas in 36.08% of the state’s territory while areas suitable for both vectors and reservoir were 7.4% of the state’s total area. While this figure may look small at first glance, the analysis suggests that 30% of the rural population and 52% of the urban population of the state are living in an area suitable for vectors and reservoir and therefore at risk. Species distribution modelling can be a powerful tool for identifying human populations at risk of contracting Chagas disease. In the future, including different species of reservoirs into the analysis could help to discover new risk areas in the state.

La enfermedad de Chagas es una infección parasitaria endémica de América, causada por el protozoo Trypanosoma cruzi y transmitida principalmente a los humanos por contacto con insectos de la subfamilia Triatominae (Hemiptera). Se sabe que la enfermedad afecta de manera desproporcionada a las comunidades humanas empobrecidas de las zonas rurales, donde causa muerte prematura y donde se considera una carga social y económica. El Gobierno de México ha mejorado en la detección, vigilancia, tratamiento y prevención de la enfermedad en las últimas décadas; sin embargo, también se ha reportado la enfermedad de Chagas en zonas en las que previamente no se había reportado anteriormente, a su vez, sigue habiendo obstáculos para el acceso al tratamiento. En el estado de San Luis Potosí, la enfermedad se ha estudiado más en el oriente, sin embargo, se ha calculado que el número de casos que se maneja de manera oficial subestima el número real de casos. La utilización de nuevos enfoques para detectar áreas de riesgo para la enfermedad de Chagas podría ayudar en varios aspectos, como la selección de lugares prioritarios donde realizar intervenciones específicas, detectar los casos de la enfermedad de manera oportuna y proporcionar acceso a los tratamientos necesarios. El objetivo de este estudio fue identificar áreas de riesgo para la transmisión de la enfermedad de Chagas en San Luis Potosí, utilizando modelos de distribución de vectores y reservorios. Para ello se identificaron vectores importantes y una especie de reservorio de T. cruzi, por medio de la revisión de sus tasas de infección reportadas en la literatura y el número de veces que se reportaron en estudios en México. A continuación, se calcularon los modelos de distribución de especies vectores y del reservorio escogidos presentes en el estado. Los modelos se elaboraron utilizando el algoritmo de Maxent. Por último, los modelos de distribución resultantes se combinaron en un mapa de riesgo, primero produciendo mapas de distribución binarios y luego realizando un análisis espacial de superposición. Se encontró que las especies de vectores tienen áreas adecuadas en el 36,08% del territorio del estado, mientras que las áreas adecuadas tanto para vectores como para reservorios son el 7,4% del área total del estado. Si bien esta cifra puede parecer pequeña a primera vista, el análisis sugiere que el 30% de la población rural y el 52% de la población urbana del estado viven en una zona adecuada para vectores y reservorios y, por lo tanto, están en riesgo. El modelado de distribución de especies puede ser una herramienta poderosa para identificar las poblaciones humanas en riesgo de contraer la enfermedad de Chagas. En el futuro, la inclusión de diferentes especies de reservorios en el análisis podría ayudar a descubrir nuevas zonas de riesgo en el estado.