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野生动物贸易产业的全球性成功在过去二十年间导致了新型病原体的出现。Batrachochytrium dendrobatidis传入无免疫力的两栖类物种已造成全球种群下降和物种灭绝。第二种引起壶菌病的真菌——Batrachochytrium salamandri
野生动物贸易产业的全球性成功在过去二十年间导致了新型病原体的出现。Batrachochytrium dendrobatidis传入无免疫力的两栖类物种已造成全球种群下降和物种灭绝。第二种引起壶菌病的真菌——Batrachochytrium salamandrivorans（Bsal）已在荷兰被鉴定，并存在通过野生动物宠物贸易传入新区域的风险。现行野生动物贸易法规难以在携带者进入贸易网络之前识别它们，因此研究人员寻求提供一种早期预警监测系统，以辅助在宠物贸易网络中搜寻感染动物。研究人员将野生动物贸易网络表示为分层有向图，节点代表饲养动物的设施，边代表贸易关系。随后，研究人员提出了两种新颖方法，用于在Bsal于网络内被识别的情况下确定最优监测方案以识别饲养感染动物的设施。在此过程中，研究人员考虑了监测具有相关成本（代表货币成本和/或难度）的假设。第一种方法利用有限的局部网络拓扑信息，优先进行能提供更多网络拓扑信息的监测。后一种方法仅使用监测成本，优先在尽可能多的设施进行监测。研究人员利用模拟网络和疫情对上述方法进行了检验。考虑网络结构的监测方法在固定成本下通常能识别更大比例的饲养感染动物的设施，且总成本通常低于仅考虑监测成本的方法。基于便利性选择检测站点并优先考虑采样站点数量的做法，最终可能比确定最优检测站点更为昂贵。
【研究背景与问题】野生动物贸易产业规模庞大且利润丰厚，但其全球性成功在过去二十年间导致了新型病原体的涌现。贸易动物通常以拥挤封闭方式运输和储存，升高应激水平并降低其先天免疫；同时增加了与其他物种个体的直接持续接触，使其暴露于新病原体；加之动物常跨越国际边界在全球范围内移动，构成了病原体全球传播的有效载体。两栖类尤其易受与贸易网络相关的新兴病原体侵害。由水生真菌Batrachochytrium dendrobatidis（Bd）引起的壶菌病已成为全球两栖类种群下降和物种灭绝的主要原因之一。2010至2013年间荷兰火蝾螈（Salamandra salamandra）的大规模死亡事件促成了第二种壶菌病致病真菌Batrachochytrium salamandrivorans（Bsal）的发现。研究人员确定Bsal起源于亚洲，蝾螈类可能作为其储存宿主，且该真菌感染对北美和中美洲多种本土蝾螈具有致死性。国际宠物贸易最可能是Bsal传入欧洲的原因，2001至2009年间约230万只亚洲本土蝾螈Cynops orientalis（已知为Bsal潜在储存宿主）被进口至美国。鉴于Bsal对全球及北美蝾螈和其他两栖类的明显威胁，多个组织请求美国鱼类和野生动物管理局采取行动防止Bsal在美国的传播。当前美国仅对鹦鹉热、口蹄疫、新城疫和禽流感实行强制检测，非家畜动物（包括宠物贸易动物）的疾病筛查由进口商负责，宠物两栖类贸易监管极少且现有监管侧重保护状态而非疾病预防。由于宠物贸易的分散性和缺乏监管，现有贸易网络传染病控制策略受制于网络本身信息不足。研究人员旨在提供一种方法，能够高效有效地监测宠物贸易网络中的设施以搜寻目标病原体，从而辅助对Bsal（或任何病原体）可能传入美国两栖类宠物贸易的快速响应。
【研究方法概述】研究人员将宠物贸易网络视为分层有向图，节点代表港口、分销商和零售商等饲养潜在感染动物的设施，边代表设施间贸易关系。每个节点被赋予代表监测成本的数值。研究提出两种迭代方法，允许在每轮对感染设施1至2度分隔范围内的少数设施进行监测，并受成本约束。一种方法依赖感染设施局部网络拓扑，另一种不依赖。通过模拟网络和疫情比较两种方法在有限预算下的有效性和效率。模拟在MATLAB R2024b中编写，代码存储于Zenodo。研究构建了500个符合网络总体特征的小型有向网络（100个设施），节点分为源节点（港口、繁殖场，入度为0）、分销商（仓库、批发商，入度和出度均为正）和零售商（消费级商店，出度为0），约10%为源节点，其余平均40%为分销商、50%为零售商。网络具有类似无标度网络的异质度分布。节点成本分别从均匀分布和移位指数分布中抽取。感染过程为随机选择源节点并将其及所有后代节点设为感染，代表确定性感染过程和最坏情景。监测算法从初始感染非港口节点出发，识别其2-邻域，在成本约束下选择节点采样。Informed Method（知情法）利用2-邻域信息，考虑节点感染概率、识别感染节点所获信息及采样成本，通过等价类分类（class 0至class 8）并赋予权重，在成本约束下最大化所选节点权重之和。Cost-Focused Method（成本聚焦法）作为对照，仅基于成本最大化采样节点数量，等价于所有节点赋予相同权重的知情法。比较采用两种停止条件：一种在识别一定比例感染节点后停止并以总采样成本比较；另一种在总网络成本超过一定比例后停止并以识别感染节点比例比较。每轮采样预算为网络总成本的5%、10%或15%。
【研究结果】（1）知情法通常具有更低的总成本：对于TI值大于50%的情况，无论成本分布如何，知情法总成本通常低于成本聚焦法（图3）。若目标是发现网络中超过50%的感染节点，知情法预期以不高于成本聚焦法的成本完成。在均匀成本分布下，500个网络中有472个网络的知情法成本低于成本聚焦法，平均而言知情法成本为成本聚焦法的62%（图4a）。在移位指数分布下，知情法在500个网络中464个成本更低，平均约为成本聚焦法的65%（图4b）。（2）成本聚焦法在低识别比例下成本略低：当目标为识别20%感染节点时，成本聚焦法总成本略低于知情法（图4c,d），均匀分布下知情法仅在500个网络中135个成本更低，指数分布下为163个；但两者成本差异较小，均匀分布下知情法平均成本约为成本聚焦法的1.04倍，指数分布下为1.01倍（图5）。（3）知情法在固定成本下识别更多感染设施：在第二种停止条件下，知情法在超过半数网络中表现至少不劣于成本聚焦法（图5）。对于多数Tc值，知情法识别的感染设施明显更多。当Tc=80%时，均匀分布下知情法在499个网络中识别至少与成本聚焦法相同数量的感染设施；即使Tc=20%，知情法仍在88%的网络中识别更多感染设施。实验结束时知情法总采样成本平均为成本聚焦法的79%（图6）。
【讨论与结论】网络监测在许多场景中极其重要，因为引入的病原体在具有大量定向交互的环境中可产生灾难性后果。Bd传入新环境已对全球圈养和野生两栖类种群造成灾难性影响，若Bsal传入美国，影响可能类似。国际两栖类宠物贸易可能成为Bsal传入美国的通道，进而可能导致向本土种群的溢出事件，因此建立监测系统和计划以监控和响应两栖类宠物贸易网络中Bsal的存在至关重要。研究人员提供并比较了两种仅需网络局部知识的美国国内两栖类宠物贸易网络监测方法，反映了病原体在贸易设施动物中被发现、该设施知晓其近期贸易伙伴但不了解可能受影响的更广泛贸易网络的现实情形。研究发现，利用网络拓扑信息（即使仅限于局部连接）的监测算法在识别饲养感染动物设施方面通常比仅基于成本和便利性选择设施的方法在总成本和时间上更高效。成本聚焦法不仅代表便利采样，也代表在成本约束下对与已识别感染设施有近期连接的可能多设施进行监测；知情法牺牲这种广泛监测以换取更仔细的选择，但在多数期望情形下仍能更快、以更低总成本识别感染设施。即使成本聚焦法优于知情法时，两者总成本也相当接近；而当知情法优于成本聚焦法时，其总成本常比后者低50%–65%。知情法通常使用其监测预算的较小部分，若允许预算结转，其优势可能更大。这些结果在均匀和指数成本分布下均成立。基于此，研究人员建议对两栖类宠物贸易网络中新发病原体采用类似知情法的监测方案，即利用局部网络信息结合监测成本，而非基于尽可能多设施监测的策略。该建议的前提是虽不需要网络结构的全局知识，但执行知情法需要局部拓扑知识。构建完整贸易网络可能相当困难，在查询近期贸易伙伴和运输量以构建完整网络图景的时间内，感染动物可能已通过网络到达消费者手中。在缺乏完整网络知识的情况下识别贸易网络中后续感染设施这一问题受到的关注较少。现有大量文献讨论网络中病原体传播，多关注网络特征和拓扑对传播率等流行病学特征的影响，或确定初始病原体检测节点的方法，但这些方法通常需要网络的完整知识，而两栖类宠物贸易的分散性和缺乏监管使这种知识通常不可获得。与接触追踪的比较：贸易设施类似个体，货物运输类似社会互动（尽管有方向性），运输量类似暴露时间，但接触追踪方法主要关注社会连接，无法考虑贸易量等对贸易网络传播影响巨大的因素。研究人员建议进一步调查和比较两种方法，理想情况下使用不同大小的局部邻域并考虑部分设施拒绝披露或不如实披露贸易伙伴的情形；建议考虑不同的感染动力学，如感染个体因隔离或更详细的病原生态学而不具传染性；未来工作应考虑流式网络。还应研究知情法所用权重，权重可针对不同病原体和网络拓扑进行调整，例如快速致死病原体可能更应监测祖先设施，而在环境中持续存在的病原体也可能使祖先设施权重更高，易传播但对宿主死亡率影响小的病原体可能在后代设施更易识别。研究结论：考虑网络结构的监测方法在固定成本下通常识别更大比例的饲养感染动物设施且总成本通常更低；基于便利性选择检测站点并优先考虑采样站点数量的做法最终可能比确定最优检测站点更为昂贵。
