大西洋鲑鱼后幼鱼在鲑鱼养殖场模拟暴发期间对传染性鲑鱼贫血病毒的潜在暴露模型

《Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences》：Modelling the potential exposure of Atlantic Salmon post-smolts to the infectious salmon anemia virus during simulated outbreaks at salmon farms

　　

评估水产养殖暴发期间野生宿主对水传病原体的暴露是理解养殖与野生鱼类之间病原体传播的关键。在这项研究中，研究人员将大西洋鲑（Salmo salar）后幼鱼迁移模型与传染性鲑鱼贫血病毒（ISAV）扩散模型耦合，模拟其在Quoddy地区（加拿大新不伦瑞克省和美国缅因州）19个鲑鱼养殖场暴发期间的潜在暴露。虚拟后幼鱼对ISAV的暴露因养殖场位置和暴发时间而异。模拟显示，后幼鱼可能遭遇相对较高的ISAV浓度，但应用实验室衍生的最小感染剂量（minimum infectious dose）时，即使在最坏条件下，单次暴发也不太可能导致感染。然而，依赖严格阈值可能低估野生环境中的感染概率，因为宿主易感性和环境变异性允许在较低剂量下发生感染。尽管该建模框架为评估病毒暴发和水产养殖相关风险对野生物种的潜在影响提供了工具，但用现场数据验证ISAV扩散模型对于增强预测能力和支持基于证据的决策仍然至关重要。

**论文解读：模拟大西洋鲑鱼后幼鱼对传染性鲑鱼贫血病毒的潜在暴露——基于水产养殖场暴发场景的耦合模型分析**

**研究背景与问题**
传染性鲑鱼贫血（ISA）由传染性鲑鱼贫血病毒（ISAV）引起，是一种主要影响养殖大西洋鲑的正黏病毒科疾病，被世界动物卫生组织（WOAH）列为应通报疾病。自1984年在挪威首次发现以来，该病毒已波及所有主要鲑鱼养殖国，给水产养殖业造成严重经济损失。由于养殖鲑鱼通常饲养在开放式网箱中，ISAV暴发可能回溢至周围水域，感染迁徙途中的野生大西洋鲑后幼鱼，导致海洋死亡率上升和种群数量下降。然而，因野生大西洋鲑监测计划成本高昂或可能危及已衰退的种群（尤其是其分布范围南端的种群），直接证明传播途径极为困难。现有研究通常假设后幼鱼沿最短路径迁徙，并忽略环境条件对扩散的影响，导致对病原体羽流内停留时间的估计存在偏差。因此，亟需整合更现实的宿主扩散模型与病原体产生和扩散模型，以评估养殖对野生鱼类的传播风险。

**研究内容与意义**
本研究将基于个体的后幼鱼迁移模型（经声学遥测数据校准）与ISAV动态感染及病毒失活扩散模型耦合，模拟加拿大Quoddy地区（新不伦瑞克省Magaguadavic河至芬迪湾）的野生大西洋鲑后幼鱼，在19个活跃养殖场发生假设性ISAV暴发时的暴露情况。该研究为该区域濒危野生大西洋鲑种群（加拿大濒危野生动物状态委员会（COSEWIC）列为濒危）提供首个病原体传播风险评估工具，填补了该领域空白。论文发表在《Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences》。

**关键技术方法**
研究人员采用有限体积海洋模型（FVCOM）模拟Quoddy地区三维环流，结合粒子追踪工具（PTrack）模拟后幼鱼迁徙（迁移模型经2018年声学遥测数据校准，包含最小高盐度取向与西南定向游泳行为）。ISAV扩散模型耦合DTU-DADS-Aqua动态感染模型（初始感染率3%）和指数衰减病毒失活模型（考虑紫外辐射UVAB和微生物群落），模拟病毒从养殖场释放后的平流与衰变。ISAV浓度通过核密度估计（KDE）平滑，并采用边界反射法避免陆地上病毒溢出。样本队列来源：虚拟后幼鱼（1000尾）来自Magaguadavic河河口，释放日期符合泊松分布（峰值5月15日）。

**研究结果**

**4.1 后幼鱼扩散**
模拟显示，1000尾虚拟后幼鱼在帕萨马科迪湾的平均停留时间为4.45天。主要迁徙路径沿北海岸向西南移动，经西海峡和鹿岛与坎波贝洛岛之间的海港入口海峡进入芬迪湾，而非最短路线。热点区域集中在西海峡及小莱特特和大莱特特海峡附近。约10%的后幼鱼距养殖场2公里内，但养殖场2、3和14的比例分别达32%、56%和60%，停留时间中位数从13号场的15分钟到5号场的38小时不等。
**4.2 ISAV扩散**
ISAV颗粒可传输至暴发地点5公里以外，但高浓度通常集中在养殖场中心1公里内。14号场的ISAV羽流能延伸至西海峡和海港入口海峡。所有模拟场景中，ISAV瞬时浓度在任何5分钟时间步长内均低于10⁷ TCID₅₀·m^-3（组织培养感染剂量50%）。
**4.3 暴露于ISAV**
暴露程度因养殖场位置和暴发起始日期而异。4月14日或21日开始的暴发导致后幼鱼暴露于高浓度ISAV（10³–10⁵ TCID₅₀·m^-3）的比例较高。无虚拟鱼遭遇超过10⁷ TCID₅₀·m^-3的羽流；暴露于>10⁶ TCID₅₀·m^-3超过10分钟的比例低于5%。仅在14号场，4月暴发中超过25%的鱼暴露于>10⁵ TCID₅₀·m^-3。累积暴露时间：在10⁶–10⁷和10⁵–10⁶ TCID₅₀·m^-3浓度下小于1小时和3小时；在14号场，10⁴–10⁵ TCID₅₀·m^-3的累积暴露达50–100小时。
**4.4 灵敏度分析**
将虚拟鱼数量从1000增至10000仅使暴露比例变化0%–4%。减小核密度带宽或降低最小暴露时间对大部分阈值影响有限，但在最小暴露时间设为5分钟时，暴露于10⁶ TCID₅₀·m^-3的比例从0%升至23.7%。替代平滑方法（第二网格法）得出较低暴露估计。

**讨论与结论**
讨论部分指出，农场位置和暴发时间显著影响暴露；后幼鱼主要沿北海岸及西海峡迁徙，因此与养殖场的最高交互发生在最远站点（如14号场），强调了考虑实际行为而非最短路径的重要性。模拟基于最坏场景（无干预、高毒力株），但即使如此，基于实验室严格最小感染阈值（10⁷ TCID₅₀·m^-3，持续10分钟），单次暴发导致感染的可能性很低。然而，依赖严格阈值可能低估野生感染风险，因为实验（Gregory等，2009）的二次传播假设导致感染概率估计差异巨大；且长时间暴露（如14号场50–100小时）于中等浓度ISAV的效果未知。模型假设的不确定性包括：ISAV衰变参数取自异源病毒（传染性造血坏死病毒，IHNV）、紫外辐射数据来自远处机场、未考虑网箱阻塞流场效应等。结论部分强调：该建模框架整合了宿主迁徙行为、病原体动力学和扩散，可用于比较不同农场选址或健康管理策略对减少病原体传播的效果。然而，模型验证、现场数据整合及更多生态和管理因素的纳入，对于增强预测能力和支持可持续水产养殖的循证决策至关重要。