基于GLOWORM-META模型的牛胃肠道线虫种群动态模拟及生物安全策略优化研究

为解决牛胃肠道线虫(GIN)耐药性(AR)威胁和生物安全措施缺乏量化依据的问题，研究人员开发了首个整合Ostertagia ostertagi和Cooperia oncophora全生命周期的GLOWORM-META模型。通过结合GLOWORM-FL和GLOWORM-PARA模块，模拟了天气依赖性寄生虫生活史特征和牧场亚种群动态，验证了季节性感染模式。全局敏感性分析表明，隔离时长、购买日期和初始感染强度是影响生物安全效果的关键因素，为制定针对性防控策略提供了理论依据。

　　

牛群健康正面临胃肠道线虫(GIN)日益严重的耐药性威胁。在欧洲，仅由Ostertagia ostertagi和Cooperia oncophora引起的年经济损失就高达18亿欧元。随着绵羊产业多重耐药现象的蔓延，亟需在牛群中建立有效的防控体系。尽管驱虫药耐药性(AR)可通过农场独立产生，但更令人担忧的是通过牲畜交易在农场间传播的风险。当前世界动物卫生组织(WOAH)推荐的隔离检疫措施缺乏具体参数支持，农民在实施时面临隔离时长、场地选择与环境因素协调等实操困境。

针对这一难题，英国利物浦大学的研究团队在《International Journal for Parasitology》发表了突破性研究。他们整合了原有GLOWORM-FL（自由生活阶段模块）和GLOWORM-PARA（寄生阶段模块），创建了首个涵盖两种牛GIN全生命周期的GLOWORM-META模型。该模型创新性地引入气象依赖的寄生虫生活史参数和牧场亚种群耦合机制，通过比利时、北爱尔兰等地的纵向田间数据验证后，采用Sobol'全局敏感性分析法量化了生物安全措施效果。关键技术包括：1）基于Hamon法的潜在蒸散发(ET)估算；2）幼虫垂直迁移率实验测定；3）使用E-OBS网格气象数据驱动模型；4）对100个英国地点进行L3半衰期模拟。

【模拟FECs重现季节性趋势】

模型成功复现了比利时7个牛群和北爱尔兰4个旋转放牧牛群的粪便虫卵计数(FEC)变化规律。线性回归显示模拟与观测值斜率接近1（O. ostertagi 1.36±0.117；C. oncophora 1.53±0.101），证实模型能准确反映种群平均水平。

【隔离时长与购买时机影响污染结果】

敏感性分析揭示：隔离时长对"额外暴露"QoI的影响占主导（一阶Sobol指数0.4-0.6），而隔离地点（牧场/圈养）决定"残留污染"QoI的78%变异。值得注意的是，在英国境内地理位置的贡献度不足5%，表明全国统一防控建议的可行性。

【物种与气候因素决定幼虫半衰期】

L3在牧场的半衰期呈现显著季节差异（p<2e-16）：O. ostertagi春季最长（510.15±3.87天），而C. oncophora波动较小（峰值486.79±2.87天）。广义加性模型(GAM)证实温度（F=1071.565）和降水（F=86.762）是关键驱动因子。

这项研究首次量化了不同生物安全措施对牛GIN传播的抑制效果，为制定科学防控策略提供了三大启示：首先，建议隔离期至少延长至60天，并配合高效驱虫药（99%有效率）可使次级牧场L3污染降低80%。其次，春季购入的牛群需特别关注，因其幼虫发育成功率比秋季高1.5倍。最重要的是，模型证实英国无需按区域制定差异方案，但欧洲大陆需考虑气候带影响。研究者公开了模型代码，为后续AR基因传播模拟奠定了基础，将推动从经验性防控向精准预测的范式转变。