소 모기매개 바이러스성 질병의 Vector 감염률 추정을 위한 표본추출 전략 A Sampling Strategy for Estimating Infection Rate in Vector Mosquitoes of Mosquito-borne Bovine Viral Diseases원문보기
Mosquitoes are the vectors of a number of viral diseases in cattle, such as Akabane disease, bovine ephemeral fever, Ainovirus infection, Chuzan virus infection, and Ibaraki disease. These diseases are transmitted from an infected animal to a non-infected host via the blood feeding of the vector. In...
Mosquitoes are the vectors of a number of viral diseases in cattle, such as Akabane disease, bovine ephemeral fever, Ainovirus infection, Chuzan virus infection, and Ibaraki disease. These diseases are transmitted from an infected animal to a non-infected host via the blood feeding of the vector. In Korea, the National Veterinary Research and Quarantine Services, Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries is responsible for planning, implementation, laboratory investigations and reporting the results of the national surveillance program for mosquito-borne bovine diseases (MBD). The surveillance program, which was started in 1993, focused to determine the seroprevalence of each disease in cattle herds in space and time. From the epidemiological point of view, more important component of the surveillance program is to monitor infection rates in vectors for specific pathogens because this information is essential for a more precise understanding the dynamics of these diseases in a given environment and for determining risk of transmission. The aim of this study was to describe and compare methods for estimation of vector infection rates using maximum likelihood (MLE) and minimum infection rate in pooled samples. Factors affecting MLE such as number of pools, pooling size and diagnostic test performance are also discussed, assuming some hypothetical sampling scenarios for MBD.
Mosquitoes are the vectors of a number of viral diseases in cattle, such as Akabane disease, bovine ephemeral fever, Ainovirus infection, Chuzan virus infection, and Ibaraki disease. These diseases are transmitted from an infected animal to a non-infected host via the blood feeding of the vector. In Korea, the National Veterinary Research and Quarantine Services, Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries is responsible for planning, implementation, laboratory investigations and reporting the results of the national surveillance program for mosquito-borne bovine diseases (MBD). The surveillance program, which was started in 1993, focused to determine the seroprevalence of each disease in cattle herds in space and time. From the epidemiological point of view, more important component of the surveillance program is to monitor infection rates in vectors for specific pathogens because this information is essential for a more precise understanding the dynamics of these diseases in a given environment and for determining risk of transmission. The aim of this study was to describe and compare methods for estimation of vector infection rates using maximum likelihood (MLE) and minimum infection rate in pooled samples. Factors affecting MLE such as number of pools, pooling size and diagnostic test performance are also discussed, assuming some hypothetical sampling scenarios for MBD.
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문제 정의
한편 합병시료에서 감염개체의 비율을 추정하는 MLE는 확률모형을 이용하여 추정하는 방법으로 MIR법의 단점을 보완하고 보다 신뢰할 수 있는 구간추정치를 얻을 수 있는 장점이 있다(12,13,26,30). 본 연구는 소모기매개질병에 대한 벡터모기에서의 감염률을 추정하기 위하여 합병시료에 대한 가상의 검사 시나리오에 대하여 MLE를 응용하는 방법을 제시함으로서 혈청검진사업의 개선안을 제시하고자 수행하였다.
관심을 두고 있는 질병의 감염률 (유병률)이 낮고 질병발생 양상이 시간과 공간적으로 군집을 이루지 않는 가정이 유효할 때 비용-효과적인 방법으로 감염률을 추정하는 대안으로 합병검사를 사용한다. 본 연구에서는 소의 모기매개질병에 대한 현행 혈청검사 계획의 개선안으로 벡터모기에서의 감염률을 추정할 때 합병검사에 대하여 MLE를 응용하는 방법을 제시하였다. 가상의 표본추출 시나리오에 대한 분석에서 감염률의 추정치에 영향을 미치는 요인으로 pooling size, pool의 개수, 진단검사의 민감도와 특이도의 효과를 평가하였다.
가설 설정
MIR과 MLE의 특성을 평가하기 위하여 300마리의 벡터모기를 포집한다고 가정하였다. 표본추출 강도는 pooling size를 고정형(constant pooling size, 시나리오 A-D)과 변동형(variable pooling size, 시나리오 E-J)으로 구분하여 pool의 개수를 각각 3-10개, 4-10개 범위로 임의적으로 구성하였다(Table 1).
표본추출 강도에 따라 MIR과 MLE 추정치의 변동성을 파악하기 위하여 합병시료 당 벡터모기의 수에 대한 다양한 조합을 가정한 것이다. 분석의 목적으로 각 시나리오에서 2개의 양성 pool이 확인되었고 이들 양성 pool은 각각의 표본추출 강도 중 첫 두 번째 pool에서 검출된 것으로 가정하였다.
표본추출 강도는 pooling size를 고정형(constant pooling size, 시나리오 A-D)과 변동형(variable pooling size, 시나리오 E-J)으로 구분하여 pool의 개수를 각각 3-10개, 4-10개 범위로 임의적으로 구성하였다(Table 1). 표본추출 강도에 따라 MIR과 MLE 추정치의 변동성을 파악하기 위하여 합병시료 당 벡터모기의 수에 대한 다양한 조합을 가정한 것이다. 분석의 목적으로 각 시나리오에서 2개의 양성 pool이 확인되었고 이들 양성 pool은 각각의 표본추출 강도 중 첫 두 번째 pool에서 검출된 것으로 가정하였다.
본 연구에서 pooling size가 클수록 (시나리오 A, E) MIR과 MLE에 의한 감염률 추정치의 차이가 매우 큰 것으로 나타났는데 이러한 결과는 감염률이 낮고 pooling size가 작을 경우 두 방법 간 큰 차이가 없으나 이러한 가정을 위반하는 상황에서는 큰 차이가 있다는 보고(11)와 일치하였다. 한편본 연구에서 변동형 pooling size에 대한 시나리오(E-J)에 대하여 양성 pool이 검출된 pool의 위치가 다를 경우 감염률의 변화를 비교하기 위하여 각 시나리오에서 마지막 2개 pool에서 양성으로 확인된 것으로 가정하여 감염률을 계산하였다. 분석결과 시나리오 E 75.
제안 방법
본 연구에서는 소의 모기매개질병에 대한 현행 혈청검사 계획의 개선안으로 벡터모기에서의 감염률을 추정할 때 합병검사에 대하여 MLE를 응용하는 방법을 제시하였다. 가상의 표본추출 시나리오에 대한 분석에서 감염률의 추정치에 영향을 미치는 요인으로 pooling size, pool의 개수, 진단검사의 민감도와 특이도의 효과를 평가하였다. 실제검진 자료에서 벡터모기의 감염률에 관한 자료를 확보하여 합병검사에 의한 추정치의 정확성을 평가하는 연구가 필요할 것으로 사료된다.
관심을 두고 있는 질병의 감염률 (유병률)이 낮고 질병발생 양상이 시간과 공간적으로 군집을 이루지 않는 가정이 유효할 때 비용-효과적인 방법으로 감염률을 추정하는 대안으로 합병검사를 사용한다. 본 연구에서는 소의 모기매개질병에 대한 현행 혈청검사 계획의 개선안으로 벡터모기에서의 감염률을 추정할 때 합병검사에 대하여 MLE를 응용하는 방법을 제시하였다.
즉 pool size m, pool의 개수 n, 검사음성 pool의 개수를 k라고 할 때 감염률(p)은 p = 1 − [(Se − (n − k)/n)/(Se + Sp − 1)]1/m의 공식을 사용하였다. 진단검사의 특성으로 민감도와 특이도를 75-100%의 범위에 대하여 양성 pool의 개수를 2개로 가정하여 감염률의 변화를 평가하였다.
감염률과 95% 신뢰구간은 SAS 패키지(SAS Institute, Cary NC)를 사용하여 추정하였다. 진단검사의 특성이 감염률에 미치는 영향을 검토하기 위하여 동일한 pooling size를 가정하여 민감도(Se)와 특이도(Sp)에 대한 감염률의 변화를 MLE 방법으로 평가하였다(6,28). 즉 pool size m, pool의 개수 n, 검사음성 pool의 개수를 k라고 할 때 감염률(p)은 p = 1 − [(Se − (n − k)/n)/(Se + Sp − 1)]1/m의 공식을 사용하였다.
MIR과 MLE의 특성을 평가하기 위하여 300마리의 벡터모기를 포집한다고 가정하였다. 표본추출 강도는 pooling size를 고정형(constant pooling size, 시나리오 A-D)과 변동형(variable pooling size, 시나리오 E-J)으로 구분하여 pool의 개수를 각각 3-10개, 4-10개 범위로 임의적으로 구성하였다(Table 1). 표본추출 강도에 따라 MIR과 MLE 추정치의 변동성을 파악하기 위하여 합병시료 당 벡터모기의 수에 대한 다양한 조합을 가정한 것이다.
성능/효과
즉 1개의 pool에 너무 많은 시료를 혼합하면 하나의 pool에 적어도 1개의 양성시료가 포함될 가능성이 100%에 근사해지고, 반대로 너무 적은 수의 시료를 혼합하면 1개의 pool에 적어도 1개의 양성시료가 포함될 가능성이 0%에 근사해지므로 두 경우 모두 합병검사의 장점이 상쇄되는 것이다. 본 연구에서 pooling size가 클수록 (시나리오 A, E) MIR과 MLE에 의한 감염률 추정치의 차이가 매우 큰 것으로 나타났는데 이러한 결과는 감염률이 낮고 pooling size가 작을 경우 두 방법 간 큰 차이가 없으나 이러한 가정을 위반하는 상황에서는 큰 차이가 있다는 보고(11)와 일치하였다. 한편본 연구에서 변동형 pooling size에 대한 시나리오(E-J)에 대하여 양성 pool이 검출된 pool의 위치가 다를 경우 감염률의 변화를 비교하기 위하여 각 시나리오에서 마지막 2개 pool에서 양성으로 확인된 것으로 가정하여 감염률을 계산하였다.
한편본 연구에서 변동형 pooling size에 대한 시나리오(E-J)에 대하여 양성 pool이 검출된 pool의 위치가 다를 경우 감염률의 변화를 비교하기 위하여 각 시나리오에서 마지막 2개 pool에서 양성으로 확인된 것으로 가정하여 감염률을 계산하였다. 분석결과 시나리오 E 75.3 (95% CI, 30.0-183.6), 시나리오 F 40.2 (95% CI, 10.2-143.5), 시나리오 G 27.2 (95% CI, 7.8-72.7), 시나리오 H 28.2 (95% CI, 5.8-94.0), 시나리오 I 17.9 (95% CI, 4.2-51.7), 시나리오 J 9.8 (95% CI, 1.6-31.8)로 추정되어 Table 2에 제시한 결과에 비하여 다소 높았으나 감염률의 추이는 유사하게 나타났다.
특히 시나리오 A와 E에서 감염률이 가장 높게 추정되었고 시나리오 H와 J에서 가장 낮아 pool의 개수가 작을수록 감염률이 낮게 추정되었다. 즉 고정형 pooling size(시나리오 A-D)에서 pool의 개수가 10일 때 52.2인 반면 (시나리오 A) pool의 개수가 3일 때 15.2 (시나리오 D)로 나타났으며 이러한 결과는 변동형 pooling size(시나리오 E-J)에서도 동일한 양상을 보였다(Table 2). 한편 검사의 민감도와 특이도를 완벽하지 않다고 가정할 때 MLE 방법으로 추정한 감염률은 pool의 개수가 적을수록 상대적으로 큰 영향을 받고, pool의 개수가 증가할수록 진단검사의 특성에 따른 감염률의 변화는 작은 것으로 분석되었다(Fig 1).
2로 다양한 값을 보였다(Table 2). 특히 시나리오 A와 E에서 감염률이 가장 높게 추정되었고 시나리오 H와 J에서 가장 낮아 pool의 개수가 작을수록 감염률이 낮게 추정되었다. 즉 고정형 pooling size(시나리오 A-D)에서 pool의 개수가 10일 때 52.
표본추출 강도에 따른 MIR과 MLE법에 의한 감염률을 비교한 결과 양성 pool의 개수를 2개로 고정하였기 때문에 모든 시나리오에서 MIR은 모기 1000마리 당 6.7로 계산되며, MLE는 시나리오에 따라 8.7-52.2로 다양한 값을 보였다(Table 2). 특히 시나리오 A와 E에서 감염률이 가장 높게 추정되었고 시나리오 H와 J에서 가장 낮아 pool의 개수가 작을수록 감염률이 낮게 추정되었다.
2 (시나리오 D)로 나타났으며 이러한 결과는 변동형 pooling size(시나리오 E-J)에서도 동일한 양상을 보였다(Table 2). 한편 검사의 민감도와 특이도를 완벽하지 않다고 가정할 때 MLE 방법으로 추정한 감염률은 pool의 개수가 적을수록 상대적으로 큰 영향을 받고, pool의 개수가 증가할수록 진단검사의 특성에 따른 감염률의 변화는 작은 것으로 분석되었다(Fig 1).
후속연구
따라서 추정치의 정확성과 신뢰성을 희생하지 않으면서 조사의 목적을 달성할 수 있는 최적 pool의 개수와 pooling size를 결정하는 것이 중요하여 이러한 목적으로 Bayesian 기법이나 모의시험을 이용한 연구결과가 보고되었다(9,15,19,24). 본 연구에서는 벡터 모기의 감염률 참값에 관한 자료가 없어 추정치에 영향을 미치는 요인들과 다양한 pooling size의 효과를 평가할 수 없었고, 합병시료에 대한 가상의 표본추출 강도를 가정하여 MI 과 MLE법에 의한 감염률의 변화를 비교하였는데 향후 실제 검진자료가 확보된다면 두 방법 간 감염률 추정치의 정확성을 평가할 수 있을 것으로 기대된다.
가상의 표본추출 시나리오에 대한 분석에서 감염률의 추정치에 영향을 미치는 요인으로 pooling size, pool의 개수, 진단검사의 민감도와 특이도의 효과를 평가하였다. 실제검진 자료에서 벡터모기의 감염률에 관한 자료를 확보하여 합병검사에 의한 추정치의 정확성을 평가하는 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
절지동물매개 바이러스성 질병이 포함하는 질병은?
소의 아까바네병(Akabane disease), 아이노바이러스감염증 (Ainovirus infection), 츄잔병(Chuzan virus infection), 유행열(bovine ephemeral fever), 이바라기병(Ibaraki disease)을 포함하는 절지동물매개 바이러스성 질병은 모기 등 흡혈곤충에 의해 바이러스가 전파되어 감염된 임신우에서 유·사산을 포함한 번식장애와 유량감소, 발육부진, 파행 등의 증상을 유발한다(21,27). 현재까지 이들 질병으로 인한 피해를 줄이는 가장 효과적인 수단은 백신접종에 의한 면역수준 유지와 벡터(vector) 모기 서식지에서 감염원을 구제하는 예방조치이외에 특별한 치료법이 없다.
절지동물매개 바이러스성 질병으로 인한 피해를 줄이는 가장 효과적인 수단은?
소의 아까바네병(Akabane disease), 아이노바이러스감염증 (Ainovirus infection), 츄잔병(Chuzan virus infection), 유행열(bovine ephemeral fever), 이바라기병(Ibaraki disease)을 포함하는 절지동물매개 바이러스성 질병은 모기 등 흡혈곤충에 의해 바이러스가 전파되어 감염된 임신우에서 유·사산을 포함한 번식장애와 유량감소, 발육부진, 파행 등의 증상을 유발한다(21,27). 현재까지 이들 질병으로 인한 피해를 줄이는 가장 효과적인 수단은 백신접종에 의한 면역수준 유지와 벡터(vector) 모기 서식지에서 감염원을 구제하는 예방조치이외에 특별한 치료법이 없다.
절지동물매개 바이러스성 질병이 유발하는 증상은?
소의 아까바네병(Akabane disease), 아이노바이러스감염증 (Ainovirus infection), 츄잔병(Chuzan virus infection), 유행열(bovine ephemeral fever), 이바라기병(Ibaraki disease)을 포함하는 절지동물매개 바이러스성 질병은 모기 등 흡혈곤충에 의해 바이러스가 전파되어 감염된 임신우에서 유·사산을 포함한 번식장애와 유량감소, 발육부진, 파행 등의 증상을 유발한다(21,27). 현재까지 이들 질병으로 인한 피해를 줄이는 가장 효과적인 수단은 백신접종에 의한 면역수준 유지와 벡터(vector) 모기 서식지에서 감염원을 구제하는 예방조치이외에 특별한 치료법이 없다.
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