森林脑炎的动力学建模与分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11701072
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0604.生物与生命科学中的数学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Tick-borne encephalitis (TBE) is a disease caused by a flavivirus that affects the central nervous system. It is transmitted through the bite of an infected tick. Recently, global warming, tourism development and ecological environment destruction are expanding the scope of TBE and increasing the number of TBE cases. At present, TBE research focuses on modeling between tick and host population, but ignores the influence of human activities and seasonal change and there is few literature on research of dynamical model with human transmission. Based on transmission law of TBE virus and biological characteristics of ticks, this project will develop tick-host-human TBE transmission cascade model and study dynamical behaviors, such as the existence and stability of equilibria and periodic solutions and bifurcation. We will estimate infected tick population percentage, compute transmission threshold of TBE model, and identify influential ecological and epidemiological variables. Combining economy and optimizing control theory, we will discuss the effect of TBE vaccine usage and give optimal strategy. This project will not only enrich model idea and the theory of TBE dynamics, but also provide theoretical basis for TBE long term prevention and control. Hence, it has an important theoretical and realistic significance.
森林脑炎是由森林脑炎病毒所引起的人类中枢神经系统急性传染病,蜱是森林脑炎的传播媒介。近年来,随着全球变暖和旅游业快速发展,林区生态环境破坏加剧,使得森林脑炎流行范围不断扩大,病例数量逐年上升。目前,对森林脑炎的研究主要集中在蜱-宿森脑动力学模型,忽略了人类行为和季节变化等因素的影响,且尚未见到蜱-人森林脑炎动力学模型。本项目拟根据森林脑炎病毒传播机制和蜱类生物学特征,建立蜱-宿-人森林脑炎传染病级联模型;研究平衡点、周期解的存在性和稳定性及分支等动力学行为;确定蜱类感染比例,计算森林脑炎传播阈值;获得森林脑炎传播的主要流行病学变量,利用实际监测数据进行参数估计和敏感性分析,揭示森林脑炎流行规律;结合经济学和最优控制理论分析疫苗成本效益,探究森林脑炎疫苗使用的最优策略。本项目将丰富森林脑炎动力学的建模及理论研究,为制定森林脑炎长期防控策略提供理论支撑,因而具有重要的理论与现实意义。

结项摘要

森林脑炎是由森林脑炎病毒所引起的中枢神经系统急性传染病,临床上以突发高热、意识障碍和瘫痪为主要特征。在我国,森林脑炎集中在东北和西北森林。据统计,我国森林脑炎病死率超过8%,治愈后10%-20%患者会遗留不同程度的癫痫、精神障碍等后遗症。由于目前尚无有效药物可以从根本上治疗森林脑炎的病毒感染,导致该病的病残率和死亡率较高。本项目根据森林脑炎病毒在蜱、宿间的传播特点,建立了森林脑炎动力学模型,研究了平衡点或周期解的存在性和稳定性以及分支等动力学行为。项目执行期间,申请人在Springer合作出版专著1部,并发表/接受论文7篇,其中第一作者6篇。主要结果有:通过构造带参数的三角函数,研究了蜱类种群密度在滞育影响下的局部和全局Hopf分支问题,并利用Li-Muldowney理论给出了(3τ , 6τ)周期解存在条件,该研究被选为期刊MMAS于2019年5期的封面文章,并获得2018-2019年度”Top Downloaded Paper”;考虑了伯氏疏螺旋体和仓鼠分枝杆菌在蜱、宿中复合感染,并给出持久性条件;基于时滞微分方程,建立了蜱-宿种群动力学模型,引入基本入侵数,分析了模型双稳性,并给出蜱的空间分布格局;提出了蜱媒病的一个时空动力学模型,讨论了蜱虫种群增长和蜱媒病传播的全局稳定性;构造了一个以经济成本为目标的森林脑炎优化模型,利用最优控制理论,获得了杀虫剂喷洒的最优防控策略;利用模型拟合,评估了共食传播对匈牙利森林脑炎贡献率高达25%。上述成果不仅丰富了传染病动力学的理论研究,而且使人们更加了解森林脑炎的发展趋势,有助于采取并制定及时有效的应急措施,对防范森林脑炎流行以及降低该病发生率具有重要的现实意义。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Dynamics of a periodic tick-borne disease model with co-feeding and multiple patches
共同喂养和多个补丁的周期性蜱传疾病模型的动力学
  • DOI:
    10.1007/s00285-021-01582-6
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Journal of Mathematical Biology (Feb 07, 2021 Accepted)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xue Zhang;Bei Sun;Yijun Lou
  • 通讯作者:
    Yijun Lou
Multi-cycle Periodic Solutions of a Differential Equation with Delay that Switches Periodically
周期切换时滞微分方程的多周期周期解
  • DOI:
    10.1007/s12591-020-00536-6
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Differential Equations and Dynamical Systems
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Marco Tosato;Xue Zhang;Jianhong Wu
  • 通讯作者:
    Jianhong Wu
Implications of vector attachment and host grooming behaviour for vector population dynamics and distribution of vectors on their hosts
载体附着和宿主修饰行为对载体种群动态和载体在宿主上分布的影响
  • DOI:
    10.1016/j.apm.2019.12.012
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Applied Mathematical Modelling
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Xue Zhang;Jianhong Wu
  • 通讯作者:
    Jianhong Wu
CRITICAL CONTACT RATE FOR VECTOR-HOST-PATHOGEN OSCILLATION INVOLVING CO-FEEDING AND DIAPAUSE
涉及共同进食和滞育的媒介-宿主-病原体振荡的临界接触率
  • DOI:
    10.1142/s0218339017400083
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Biological Systems
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Xue Zhang;Xiaotian Wu;Jianhong Wu
  • 通讯作者:
    Jianhong Wu
Global Continuation of Periodic Oscillations to a Diapause Rhythm
周期性振荡的整体延续到滞育节律
  • DOI:
    10.1007/s10884-020-09856-1
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Journal of Dynamics and Differential Equations
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Xue Zhang;Francesca Scarabel;Xiang-Sheng Wang;Jianhong Wu
  • 通讯作者:
    Jianhong Wu

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其他文献

基于双层电压信号的直流微电网协调控制策略
  • DOI:
    10.11784/tdxbz202104011
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    天津大学学报. 自然科学与工程技术版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨健维;张雪;廖凯;郑舜玮
  • 通讯作者:
    郑舜玮
Assessing Item-Level Fit for Higher Order Item Response Theory Models
评估高阶项目响应理论模型的项目级拟合
  • DOI:
    10.1177/0146621618762740
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    Applied Psychological Measurement
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    张雪;王纯;陶剑
  • 通讯作者:
    陶剑
不同方式运动对DEN诱导肝肿瘤发生的影响及其肝脏代谢谱的变化
  • DOI:
    10.16470/j.csst.2019036
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国体育科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张雪;漆正堂;曹露;丁树哲
  • 通讯作者:
    丁树哲
昆虫嗅觉通讯研究概述与展望
  • DOI:
    10.13327/j.jjlau.2016.3272
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    吉林农业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任炳忠;雒雯琦;张雪;王寅亮
  • 通讯作者:
    王寅亮
神经节苷脂氟化寡糖在大肠杆菌中的生物合成
  • DOI:
    10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0229
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    生物技术通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘新平;谭玉萌;张雪;冯雁;杨广宇
  • 通讯作者:
    杨广宇

其他文献

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张雪的其他基金

蜱媒病传播动力学分析及风险预测
  • 批准号:
    12171074
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    51 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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