病原体追踪器

本尼迪克特·福斯特克用镊子把一只肿胀的蜱虫放在显微镜台上，准备拍摄一张精心制作的照片。它的血红色暴露了蜱虫最喜欢的食物。

Fustec是Nicole L. Achee和John P. Grieco生物实验室的博士后九博体育研究员，他正在为已知的蜱虫拍摄《vogue》质量的照片，以训练一个实验性的人工智能程序如何识别正确的蜱虫物种。世界上只有少数专家能够通过视觉进行可靠的识别，但人工智能程序将通过处理雄性和雌性蜱虫在三个生命阶段的每一个阶段最多100张照片，学习区分不同蜱虫种类的形态学特征（如嘴的大小或腿的颜色）。

这方面的知识——特别是如果迅速而广泛地了解的话——可以让科学家了解蜱虫种类与蜱传病原体（病毒、细菌、寄生虫）之间的联系，这些病原体有可能成为下一个全球大流行，还可以更好地进行风险预测和早期预防，这是任何遏制计划的关键。

从bug图片到能够识别下一个COVID-19的全球早期检测系统，还有很长的路要走。阿奇和格里科最近开始了一个名为REDI-NET的项目，该项目为期15个月的第一阶段，即远程新发疾病情报网。

“我们希望提高‘数据到决策’渠道的准确性和及时性，”Achee说。

该项目由美国陆军医学九博体育研究与发展司令部资助，旨在保护驻扎在任何地方的美军及其家属，以及这些地区的社区，其目标是为军事、政府或卫生部门的决策者提供可操作的数据。一个在野外实验室不可靠的过程，或者可能需要数周时间才能将样本送到海外的过程，可以通过一个专门为圣母大学九博体育研究计算中心（Notre Dame’s Center for Research Computing）定制的新数据门户，几乎立即在网上获得。

Grieco说：“总的来说，我们将获得更多的实时数据。“当蜱虫数量大到足以将病原体传播给人类时，你可以制定风险评估。希望这些东西能让我们以更快的速度做出更好的预测，并在这些流行病失控之前控制它们。”

下一次大流行不太可能从亚特兰大的疾病控制中心开始。在人们与动物密切接触的偏远地区，这种未知的病原体会传染给人类。

多年来，格里科和阿奇一直与拉丁美洲、非洲和亚洲的实验室合作。REDI-NET的第一阶段开始于创建收集可靠数据的标准程序，并将其格式化为能够超越基本信息的计算机平台，以实现复杂数据过滤器和数据可视化等功能。后期阶段将扩大跨地域和生态的伙伴关系，包括世界各地的军事、卫生和政府实验室，这些实验室可以投入当地的实地九博体育研究。

“疾病监测的挑战之一是在这些传播病原体存在的地方检测样本的能力，”Achee说。“有了这个系统，我们可以将病原体数据与我们采样的生态数据结合起来，以便更好地告知负责开展控制活动或减轻病原体感染该环境中人类或动物风险的合作伙伴。”

11月初，REDI-NET团队向管理该项目的国防资金的军事传染病九博体育研究计划（MIDRP）的一个小组提交了他们进展的最新情况。导演斯图尔特·泰纳上校（Col. Stuart Tyner）曾是卢·霍尔茨（Lou Holtz）教练手下的圣母大学（Notre Dame）橄榄球队的进攻线锋。

Tyner告诉Achee和Grieco：“我们知道生物载体（传播病原体的有机体）是限制或预防战士疾病的关键。”“我认为基于矢量的九博体育研究有一些机会来解决我们的问题。”

在加尔文生命科学中心的REDI-NET实验室里，多诺万·莱瓦（Donovan Leiva）拿着一块特制的布，向MIDRP小组解释如何拖拽虱子。

Leiva目前是Keough全球事务学院的九博体育研究生，来自伯利兹，在从伯利兹大学获得生物学学位之前，她开始在Achee和Grieco的伯利兹媒介与生态中心（BVEC）做志愿者。在BVEC的四年时间里，他从实习生升到九博体育研究助理，再到代理经理，参与了从蜱虫收集、主持社区卫生教育活动到培训病媒控制政府官员、监督圣母大学学生、在国际科学会议上发言等方方面面的工作。

去年，莱瓦决定在巴黎圣母院继续攻读硕士学位，格里科和阿奇聘请他与三名本科生九博体育研究人员一起做兼职。莱瓦说：“通过这项工作，我看到了改善我国医疗保健和九博体育研究的机会，我希望能有所贡献。”

这种当地的参与和联系有助于阿奇和格里科在世界各地的实地工作中建立伙伴关系。这对夫妇25年来一直共同努力，以更好地了解疾病媒介。他们在生物科学系和艾克全球健康九博体育研究所有联合任命。

他们的经验帮助他们了解远程实验室运作的挑战性条件。REDI-NET计划的第一阶段旨在建立标准操作程序、培训材料和新技术，以便跨地点和时间比较病媒和疾病数据。

例如，该项目将使用平板电脑和定制的移动应用程序在现场输入数据，无论那里是否有互联网连接。关于收集位置和环境条件的信息字段包括下拉菜单，以确保在任何地方以相同的方式格式化数据。

“不同种类的蜱携带不同的病原体，具有不同的生态系统，”Achee说。“这意味着它们可能以生活在不同环境中的不同类型的动物为食，可能是大草原，山区和沼泽。”

除了蜱虫，该项目还将收集和处理水蛭、水和沉积物样本。蚊子是最著名的传播媒介，可能会晚一些，因为大多数其他项目只关注蚊子。REDI-NET第一阶段的目标是为标准化取样奠定基础，并加强实地实验室的检测能力。

“病原体监测并不是什么新鲜事，”阿奇说。“我们正在努力做的是加强一个存在漏洞的系统。”

Fustec正在训练的识别蜱虫种类的机器是由Vectech开发的，Vectech是一家生物技术公司，已经在识别蚊子的人工智能学习方面取得了成功。它可以一次拍摄12个蜱虫的照片，所以它可以加快一个在现场可能很慢的过程。

巴黎圣母院的实验室、海军医学九博体育研究中心和沃尔特·里德生物系统学单位被认为是REDI-NET系统内的黄金实验室，因为他们的专业知识和验证结果的责任。佛罗里达（湿地）、伯利兹（热带森林）和肯尼亚（热带草原）的野外实验室被认定为Silver实验室。它们都将具备检测病原体的能力。

REDI-NET的第二阶段将扩大现场样本组合，改进测试功能，验证监视模型并培训国防部的合作伙伴。

每个蜱虫、水蛭、水和土壤样本都将被赋予一个独特的条形码，该条形码将连接该样本的现场和实验室数据，并快速识别加载到数据门户的存储位置信息。然后，Fustec展示了如何将蜱虫磨碎，以便另一台机器可以分离出它的DNA，并检测它携带的病原体的存在和类型——从登革热、冠状病毒到可能导致人类疾病的新型或鲜为人知的病原体。

格里科说：“我可以列出20种现在正在流行的疾病——你从未听说过，就在我们家门口——它们是由蚊子或蜱虫传播的。”“马亚罗热（一种与登革热有关的虫媒病毒）正在从南美蔓延到墨西哥，并有可能在我们说话的时候蔓延到我们的南部边境。我们不知道下一个威胁会来自哪里。这个程序使我们能够确定潜在的地点。”

埃博拉病毒。猪流感。西尼罗河病毒。Zika病毒。莱姆病。禽流感。非典。这些疾病被称为人畜共患疾病，因为它们经常在蝙蝠或猴子等动物种群中传播，但也会传染给人类，导致致命的爆发。其他人所担心的未来僵尸末日，格里科和阿奇却认为是一个机会。

格里科说：“在巴黎圣母院这里有可能对这些病原体进行九博体育研究。”“很多这些病原体，我们甚至不知道它们在这个时间点上存在，但其他九博体育研究人员可以来这里。我们在校园里有很多人可以开始九博体育研究疫苗开发，治疗开发。”

不断增长的人口越来越多地侵入栖息地，在那里他们接触到与这些病原体自然生活在一起的动物。

“病原体感染有许多不同的途径，”阿奇说。“当人们与动物或以前以这些动物为食的病媒互动时，他们可能会暴露并开始向人群中扩散。这时突变就会发生，使病原体更适应人类宿主，更容易传播。”

Achee可能是在描述冠状病毒大流行的起源，科学证据正在建立，该病毒从中国武汉的一个活体动物市场跳到一个暴露的人身上，然后通过空气呼吸迅速传播给其他人。

计算九博体育研究中心（Center for research Computing）的九博体育研究程序员布拉德·桑德伯格（Brad Sandberg）带领MIDRP小组参观了他的团队正在为REDI-NET构建的数据门户。他在平板电脑上展示了识别每个标本的采样地点地图、培训视频和数据收集表。他还展示了一幅病原体热图，可以帮助领导人可视化危险热点或预测正在发展的威胁——基于生物科学系副教授Alex Perkins建立的数学模型。

当泰纳上校问到如何为全球分析聚合数据时，阿奇说，这些问题至关重要，因为终端用户的需求可以推动数据门户的定制化创建。她说：“这就是为什么我们开发了一个REDI-NET标准化的数据收集方法和特定的数据管理平台是如此重要，而不是试图改编另一个平台。”“我们设想用户可以过滤任何他们想要的东西，比如柬埔寨的蜱虫和病原体传播。”

该项目的第三阶段旨在将redinet系统纳入军队和大学实验室，收集世界各地的病原体或病媒信息。样本类型和数据集最终将以标准化和指数方式增长。授权用户将能够从任何地方登录到数据门户，并从基于云的门户检索他们需要的任何信息。

“这真的是关于扩大规模，”阿奇说。“我们想做的是代表一个全球卓越中心。我们希望成为实地抽样、实验室测试和数据标准化、数据仓库和建模方面的培训渠道，以便在疾病监测方面取得更大的成果。”

阿奇和格里科并没有声称他们可以阻止下一次大流行，大多数专家预计这种大流行在未来会越来越频繁地发生。但是REDI-NET的实施是为了提供早期预警。

格里科说：“下次有事情发生时，我们会做好更充分的准备。”“也许我们可以减少对全球的总体影响。停止吗?这些很难停止，但绝对要为下一个结果做好更多准备。”

这项工作由美国陆军医学九博体育研究与发展司令部根据合同编号w81xwh -21- c -0001提供支持。本报告中包含的观点、意见和/或调查结果是作者的观点、意见和/或调查结果，不应被解释为陆军的官方立场、政策或决定，除非其他文件另有规定。