Impact of irrigation expansion on the inter-epidemic and between-season transmission of Rift Valley fever in Bura Sub-County, Tana River County, Kenya

Mbotha, Deborah R. Nyakwea

The government of Kenya has prioritized food production through revitalized and sustained agricultural expansion as a means of achieving food security for the rapidly growing population, uplifting the living standards of rural communities by providing them with livelihood opportunities as well as jumpstarting overall economic growth for employment and wealth creation through the export of excess produce and by products. Key among several policy directives issued in this regard was the harnessing of the country’s vast irrigation potential, through the expansion of existing irrigation schemes as well as establishment of new ones along the Tana and Athi river basins as well as along the shoreline of Lake Victoria. The development of these schemes however has the potential to alter local environmental and ecological conditions that may influence the risk of RVF disease transmission. Given that a thorough understanding of the risk factors precipitating the occurrence of any infectious disease is vital for its effective control, this study aimed to investigate whether these land-use changes associated with the development of irrigation schemes had any impact on the transmission dynamics of RVF virus. This study involved the spatio-temporal evaluation and comparison of the abundance, distribution and species diversity of potential vectors of RVF virus across three villages with differing ecological habitats in Bura, Tana River County, Kenya. These included the irrigated ecosystem represented by Bura irrigation scheme located near Bura township, the riverine ecosystem represented by Husingo village that is adjacent to Tana River and the dry, pastoral ecosystem represented by Chifiri village which is located further inland, away from both the irrigated and riverine ecosystems. A concurrent longitudinal study was also undertaken to measure and compare the risk of RVF on the local population of sheep and goats kept by households, and between the three ecosystems. Representative samples of mosquitoes were collected from all ecosystems and morphologically identified using taxonomic keys. The sources of blood meals were also examined in order to identify the host spectrum of engorged females while sampling of sentinel animals for RVF antibodies was undertaken as a direct measure of risk. Comparative and multivariable analysis between these ecosystems revealed that the irrigated and riverine ecosystems were similar in terms of mosquito abundance and seasonality, despite one being naturally occurring while the other being man-made. Further, the irrigated ecosystem maintained a constant and minimum presence of mosquitoes throughout all seasons, while the riverine ecosystem exhibited much more sensitivity to rainfall, with mosquito abundance significantly increasing during the wet season. The host spectrum of blood fed females revealed that most blood meals came from easily available and accessible hosts such as goats, sheep and humans. Screening of sheep and goats for RVFV antibodies detected several seroconversions in the riverine and irrigated ecosystem, with those within the riverine ecosystem all occurring in one month approximately eight weeks after the start of the rainy season while those within the irrigated ecosystem were spread out over several months thereafter. The seroconversion study, which was a direct measure of RVF disease risk, indicated that most seroconversions occurred during the rainy season within the riverine ecosystem, while those within the irrigated ecosystem were spread out over several months. No seroconversions were detected in the much drier pastoralist ecosystem. The findings of this study suggest that further expansion of the irrigation scheme or establishment of new ones in this region will lead to a gross increase in the abundance and diversity of total mosquitoes, as well as potential vectors of RVF virus. The results further imply that with increased numbers of vectors, in the presence of low numbers of animal hosts may pose an increased risk of spillover infection to humans as opportunistic hosts during large epidemics. In addition to irrigation expansion, rainfall and flooding still remains a significant risk factor for the transmission of RVF virus in this county, especially in the non-irrigated riverine and pastoral ecosystems, and particularly in the presence of large numbers of naïve animal hosts. Practical implications of these findings include targeted vector surveillance especially of known vectors of RVF virus as well as the formulation and implementation of integrated vector and environmental control programs. Vector competence studies of other mosquito species identified that might be potential vectors are recommended in future in order to improve on current outbreak prediction models as well as evaluate the success of potential surveillance and control options.

Die kenianische Regierung hat die Lebensmittelproduktion zur Priorität gemacht, um die Versorgung mit Lebensmitteln für eine schnell wachsende Bevölkerung sicherzustellen. Dies erfolgte vor allem durch anhaltende Expansion landschaftlicher Nutzflächen in zuvor naturbelassenen Gebieten. Dadurch erhöhte sich der Lebensstandard ländlicher Gebiete, weil sich neue Erwerbsmöglichkeiten bildeten, was die positive wirtschaftliche Entwicklung dieser Gebiete förderte, dabei insbesondere den Export landwirtschaftlicher Produkte. Ein Schlüsselfaktor dieser Politik war die umfassende Planung neuer aber auch der Ausbau bestehender Bewässerungssysteme entlang der Flussläufe des Tana und Athi, sowie des Ufers des Viktoriasees, um diese fruchtbaren Trockengebiete landwirtschaftlich nutzen zu können. Diese Entwicklung hat das Potential, das Ökosystem so zu verändern, dass es das Übertragungsrisiko des Rift-Valley-Fieber-Virus (RVFV) beeinflusst. Diese Studie hatte die Untersuchung der Einflüsse solcher Bewässerungssysteme auf die Übertragungsmechanismen des RVFV zum Ziel. Denn die intensive Auswertung aller bekannter Risikofaktoren einer Infektionskrankheit ist die Grundlage zur Entwicklung effizienter undwirksamer Bekämpfungsstrategien. Diese Studie umfasst eine geographische und zeitliche Auswertung der Fangzahlen, Verbreitung und Diversität potenzieller Vektoren des RVFV in drei Dörfern mit unterschiedlichem Habitat in der Gemeinde Bura, Tana River, Kenia. Hierbei repräsentieren Bura Township und Umgebung eine durch Bewässerungssysteme geprägte Landschaft, während sich das Dorf Husingo durch die natürlichen Nebengewässer des Flusses Tana auszeichnet. Das Dorf Chifiri ist Vertreter eines trockenen, pastoral geprägten Ökosystems. Parallel dazu wurde eine vergleichende Langzeitstudie zur Ermittlung des RVF-Risikos für die Bevölkerung und ihrer Ziegen und Schafe unter Berücksichtigung der Unterschiede zwischen den drei Gemeinden durchgeführt. Repräsentative Proben von Stechmücken wurden aus allen Ökosystemen gefangen und mit taxonomischen Schlüsseln morphologisch bestimmt. Außerdem wurden die Blutmahlzeiten der Mücken untersucht, um das Wirtsspektrum vollgesogener Weibchen zu ermitteln, während das Beproben von Sentinel-Tieren auf RVFV-Antikörper als direkter Indikator für das Übertragungsrisiko durchgeführt wurde. Vergleichende und multivariable Statistikanalysen ergaben, dass die künstlich bewässerten und natürlichen Fluss-Ökosysteme sich in Mückenvorkommen und Saisonalität ähnelten. Allerdings zeigte das künstlich bewässerte Ökosystem ein konstantes, wenn auch minimales, Vorkommen von Stechmücken, das nicht mit Jahreszeitenwechseln korrelierte. Das natürliche Flussökosystem hingegen zeichnete eine bedeutende Zunahme der Mückenmenge während der Regenzeit aus. Das Wirtsspektrum der vollgesogenen Weibchen ergab, dass die meisten Blutmahlzeiten von leicht zugänglichen Wirten wie Ziegen, Schafen und Menschen stammten. Bei der Untersuchung von Schafen und Ziegen auf RVFV-Antikörper wurden mehrere Serokonversionen sowohl im künstlich sowie auch natürlich bewässerten Ökosystem festgestellt. Die Serokonversionsstudie, die ein direktes Maß für das RVF-Übertragungsrisiko darstellte, zeigte, dass die meisten Serokonversionen während der Regenzeit im Gebiet des natürlichen Fluss-Ökosystems auftraten, während die des künstlich bewässerten Ökosystems über mehrere Monate verteilt waren. Im trockenen, pastoralen Ökosystem wurden keine Serokonversionen festgestellt. Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass ein Ausbau bestehender Bewässerungssysteme und auch die Einrichtung neuer Systeme, zu einer generellen Zunahme der Stechmückenzahlen, sowie einer erhöhten Artenvielfalt der Mücken führen kann, einschließlich potenzieller Vektoren des RVFV. Die Ergebnisse legen die Vermutung nahe, dass diese Vektoren, bei weniger werdenden oder gänzlich fehlenden tierischer Wirten, zunehmend Menschen als opportunistische Wirte wählen könnten, was RVFV-Infektionen im Menschen begünstigen würde. Neben der Expansion von Bewässerungssystemen sind Regenfälle und Überschwemmungen nach wie vor ein wichtiger Risikofaktor für die Übertragung des RVFV in diesem Landkreis. Insbesondere in den natürlich bewässerten Flussökosystemen, aber auch in pastoralen Ökosystemen, vor allem in Gegenwart einer großen Anzahl immunologisch naiver Wirte. Praktische Anwendung dieser Erkenntnisse wären eine routinemäßige Überwachung des Vorkommens und Infektionsstatus bekannter RVFV-Vektoren, sowie die Formulierung und Implementierung integrierter Vektor- und Umweltkontrollprogramme. Vektorkompetenzstudien anderer identifizierter Mückenarten, die potenzielle Vektoren sein könnten, werden empfohlen, um aktuelle Vorhersagemodelle für Ausbrüche in der Zukunft zu verbessern und den Erfolg potenzieller Überwachungs- und Kontrolloptionen zu bewerten.

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Mbotha, Deborah: Impact of irrigation expansion on the inter-epidemic and between-season transmission of Rift Valley fever in Bura Sub-County, Tana River County, Kenya. 2020. Freie Universität Berlin, Fachbereich Veterinärmedizin, Institut für Parasitologie und Tropenveterinärmedizin.

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