Dengue spatial dynamics : the example of Northern Vietnam

par Thanh Le Viet

Thèse de doctorat en Ecologie, évolution Ressources génétiques Paléontologie

Sous la direction de Marc Choisy et de Heiman F. L. Wertheim.

Le jury était composé de Marc Choisy, Heiman F. L. Wertheim, Maciej Boni, Marc Souris, Michel Lebrun, Nhu Duong Tran.

Les rapporteurs étaient Maciej Boni, Marc Souris.

  • Titre traduit

    Dynamique spatiale de la dengue : l'exemple du Nord Vietnam


  • Résumé

    Alors que l’épidémiologie de la dengue dans le sud du Vietnam est caractérisée par un régime d’hyper-endémicité, la maladie est en train d’émerger dans le nord du pays depuis une quinzaine d’années. Les incidences annuelles augmentent de façon constante d’année en année et la maladie diffuse à partir de Hanoi vers les zones rurales environnantes. Le travail de recherche effectué durant cette thèse s’intéresse aux déterminants spatiaux et temporels de la transmission de la dengue dans un contexte d’émergence. Les résultats sont organisés en 3 parties. La première se concentre sur l’étude d’une épidémie qui frappa à l’automne 2013 l’île de Cat Ba, au large du Vietnam dans la baie d’Halong. Cette île est caractérisée par une population de petite taille vivant essentiellement de l’exploitation des produits de la mer ainsi que du tourisme. Une grande proportion de cette population vit sur des villages flottant au large de l’île. Nous avons comparé l’épidémiologie de la dengue sur les villages flottants et sur l’île. Pour cela nous avons testé l’agrégation spatio-temporelle des cas de dengue. Nos résultats montrent une incidence de dengue sur les villages flottant plus forte que sur l’île, malgré des densités de moustiques plus faibles. Les cas de dengue étaient également extrêmement agrégés dans le temps et l’espace, suggérant une importation de moustiques infectés plutôt qu’un cycle de transmission local complet.La seconde partie de cette thèse s’est intéressée aux déterminants environnementaux de la transmission de la dengue dans la province de Hanoi. Cette étude est basée sur l’analyse de 31906 cas de dengue géospatialisés de 2008 à 2013 et utilise des méthodes de SIG couplées avec des techniques modernes d’apprentissage automatique dans le but de quantifier en détail les influences de chaque covariable environnementale sur le risque de dengue. Nos résultats montrent une forte influence de la densité de population sur l’incidence de la dengue, comme précédemment documenté dans d’autres régions du monde. L’incidence de la dengue augmente avec la couverture végétale pour de faibles niveaux de couverture végétale et atteint de très faibles niveaux lorsque la couverture végétale est au-dessus d’un certain seuil. Une telle relation est cohérente avec ce qui est actuellement connu sur l’écologie des vecteurs de dengue. Finalement, nos résultats ont montré une forte association entre les incidences de dengue et les zones résidentielles universitaires. Ces zones sont peuplées d’étudiants venant des régions autour de Hanoi où l’incidence est faible. La susceptibilité à la dengue de cette population estudiantine est donc plus forte que dans le reste de la population de Hanoi.La dernière partie de cette thèse s’est intéressée aux relations entre les épidémies successives de dengue à Hanoi de 2011 à 2014. L’épidémiologie de la dengue à Hanoi est très saisonnière avec de très faibles incidences en hiver. Une question majeure dans une telle situation est de savoir si les virus de dengue persistent localement entre chaque épidémie. Si non, alors les cas de dengue observés en hiver correspondraient à des cas d’importation qui pourraient démarrer une nouvelle épidémie chaque été lorsque les conditions climatiques locales deviennent à nouveau favorables pour la transmission de la dengue. Nous avons utilisé une approche de phylogénie moléculaire de virus échantillonnés à Hanoi ainsi que dans d’autres localités en Asie du sud-est d’où les virus de dengue pourraient migrer. L’idée d’une telle approche consiste à comparer les distances phylogénétiques entre des virus circulants dans une localité une année donnée et des virus circulants soit la même année dans d’autres localités, soit durant les années précédentes dans la même localité. Nos résultats suggèrent que, chaque année, les épidémies de dengue à Hanoi démarrent à partir des virus de dengue importés depuis Ho Chi Minh ville. Ce schéma semble être le cas pour les 4 sérotypes de dengue.


  • Résumé

    While high dengue transmission has been documented in the southern part of Vietnam since the late seventies, the disease started to emerge in the northern part of the country 15 years ago only. In northern Vietnam, annual incidences are consistently increasing from year to year and progressively spreading from Hanoi to the surrounding rural areas. Very little is known on the causes of this recent emergence.The research carried out in this PhD revolves around the spatial and temporal determinants of dengue epidemiological transmission in a context of emergence and the results are organized in 3 parts. The first one focuses on a single epidemic of dengue that occurred during the autumn of 2013 on the small island of Cat Ba, off the coast of Vietnam in Ha Long bay. Cat Ba island is characterized by a population of a small size mostly living from sea farming and tourism. Dengue transmission on this island has been historically rare until the major epidemics that stroke the island in 2013. The population of Cat Ba has this specificity that a large proportion of it lives of floating villages off the island coast. We were interested in investigating whether the epidemics had different behavior on the island and the floating villages. To achieve this aim, we focused on the identification of spatio-temporal clusters of cases. Our results show a higher dengue incidence on the floating villages than on the island despite lower mosquito densities. Dengue cases were also highly clustered in space and time suggesting importation of infected mosquitoes rather than a local complete transmission cycle.The second part focuses on the environmental determinants of dengue transmission in the province of Hanoi. This study is based on the use of 31,906 geospatialized cases of dengue from 2008 to 2013 and applies GIS techniques coupled with modern machine learning techniques in order to quantify in detail the influences of each environmental covariate on dengue risk. Our results showed a strong influence of population density on dengue incidence as previously reported in other parts of the world. Dengue incidence increased with tree coverage for low levels of tree coverage and then reached very low levels for tree coverage above a given threshold. This pattern is consistent with the current knowledge of the dengue vector ecology. Finally we showed a strong association of dengue incidence with academic residential areas. Such areas are populated with students coming from locations around Hanoi with low dengue incidence. The susceptibility of this student population to dengue infection is thus higher than the rest of the Hanoian population.The final part looked at the relationships between the successive epidemics in Hanoi from 2011 to 2014. Dengue epidemiology in Hanoi is very seasonal with very few cases documented in winter. A major question in such situations is whether viruses actually persist locally between epidemics. If not, then observed cases during the winter would correspond to imported cases igniting new epidemics every summer when the local climatic conditions are favorable again for local dengue transmission. To do so, we used phylogenetic analyses of virus sampled in Hanoi combined with virus sampled in other locations in Southeast Asia from where dengue viruses could migrate. The rationale behind this method is to compare the phylogenetic distances between sequences circulating in a given location in a given year and sequences circulating either the same year in other locations or previous years in the same location. Our results suggest that every year dengue epidemics in Hanoi are started from viruses imported from Ho Chi Minh city. This seems to be the case for the 4 dengue serotypes.


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