CC BY-ND
27
36
ЗНиСО ДШШ №12 (20Е)
УДК 579.843.1:616.932:614.4:002.5/6
ГИС «ХОЛЕРА-ИНТЕРНЕТ» - ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНТЕРНЕТ-ТЕХНОЛОГИЙ В ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ
А.С. Водопьянов, С.О. Водопьянов, Б.Н. Мишанькин. И.П. Олейников
ФКУЗ «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт» Роспотребнадзора, г. Ростов-на-Дону, Россия
Разработана интегративная онлайн географическая информационная система (ГИС), содержащая информацию о VNTR-генотипах штаммов Vibrio cholera. ГИС доступна на веб-сайте Ростовского противочумного института для широкого круга исследователей и позволяет искать и отображать генотипы на электронных картах различного масштаба. Разработанная система будет полезна для эпидемиологического анализа и установления связей между штаммами холерного вибриона, выделенными в различных регионах Российской Федерации. Ключевые слова: Vibrio cholerae, холера, VNTR, ГИС, интернет-технологии.
A.S. Vodop'yanov, S.O. Vodop'yanov, B.N. Mishan'kin, I.P. Oleynikov □ GIS «CHOLERAINTERNET» - THE USE OF MODERN INTERNET TECHNOLOGIES IN EPIDEMIOLOGICAL PRACTICE □ Rostov-on-Don Anti-Plague Scientific Research Institute of Rospotrebnadzor, Rostov-on-Don, Russia.
The aim of our work was to develop an integrative online Geographic Information System (GIS) containing information about VNTR-genotypes of the Vibrio cholerae strains. GIS is available on the our web site for a wide range of researchers and allows to search and display genotypes on electronic maps of various scales. The developed system will be useful for epidemiological analysis and the establishment of relations between the strains of Vibrio cholerae isolated in different regions of the Russian Federation.
Key words: Vibrio cholerae, cholera, VNTR, GIS, internet technologies.
Геоинформационные системы занимают важное место среди инструментов эпидемиологического надзора благодаря возможности комбинировать пространственные и эпидемиологические данные. Впервые геоинформационные системы в практике эпидемиологии были использованы во время эпидемии холеры в Лондоне в 1854 г., когда доктор Джон Сноу доказал, что возбудитель холеры передается водным путем. Путем сопоставления информации о случаях заболевания холерой и географических карт Лондона он обратил внимание на водозаборную колонку на Broad Street как на место распространения инфекции. Доступ к воде в этой колонке был закрыт, в результате чего эпидемия была остановлена [10]. В настоящее время существует большое количество различных эпидемиологических атласов в виде печатных изданий [4, 6]. Однако данный подход обладает существенным недостатком, поскольку базируется на статистических (ретроспективных) данных. Проблема задержки реагирования может быть решена путем использования компьютерных геоинформационных систем, позволяющих отображать и анализировать информацию в режиме реального времени. Ключевой особенностью таких систем является принцип «слоеного пирога» - каждый вид данных представляет собой отдельный слой информации, не зависимый от остальных слоев. Такой подход позволяет избежать информационной перегрузки, так как пользователь может выбирать, какие именно слои необходимо отображать для решения той или иной задачи. Удобство данного подхода нашло отражение в разработке большого числа различных систем - были созданы ГИС по бруцеллезу, чуме, туляремии, сибирской язве, трансмиссивным клещевым инфекциям [1-3, 5, 8, 9].
Недостатком такого подхода являются затруднения для использования информации другими исследователями. Разработанной ГИС зачастую пользуются исключительно авторы или сотрудники учреждения, в котором была создана ГИС. В ряде случаев обмен информацией осуществляется «по запросам» - путем обращения к организации - держателю ГИС. Однако такой подход не получил широкого распространения ввиду своей медлительности. Одним из вариантов решения проблемы обмена данными может быть предоставление разработанной ГИС всем заинтересованным учреждениям, хотя такой подход также не лишен недостатков. Известны попытки создания корпоративных ГИС для органов и организаций Роспотребнадзора [7], что требует наличия дорогостоящего программного обеспечения во всех организациях, использующих данную ГИС.
Помимо этого, любая современная ГИС является динамической - данные постоянно пополняются и уточняются. Если ГИС используется вне учреждения-разработчика, то это приводит к необходимости периодических обновлений информации. И если в организации используется много разных ГИС, то слежение за постоянными обновлениями может оказаться существенной проблемой.
Существенной проблемой являются лицензионные ограничения - большинство ГИС разрабатываются на основе коммерческих программ и карт, передача которых в другую организацию запрещается правообладателем. Зачастую это приводит к тому, что сотрудники территориальных органов Роспотребнад-зора оказываются лишены данных и информации, получаемых научно-исследовательскими институтами.
декабрь n»I2 (ж) ЗНиСО
37
Одним из вариантов, позволяющим успешно решать вышеперечисленные проблемы, является создание онлайн-версий ГИС, раз-= мещаемых на интернет-сайте и, вследствие этого, доступных широкому кругу пользовате-^^ лей. В этом случае для использования ГИС нет необходимости приобретать и осваивать дополнительное программное обеспечение -достаточно всего лишь выхода в интернет. Решается также проблема обновления информации - заходя на сайт, исследователь всегда будет работать с последней версией программного обеспечения и получать актуальную информацию. Яркий пример онлайн-ГИС - широко известный сервис «Яндекс-Пробки», позволяющий получать актуальные сведения о пробках в режиме реального времени.
Цель исследования - разработка интегра-тивной онлайн географической информационной системы (ГИС), содержащей информацию о VNTR-генотипах штаммов Vibrio cholerae.
Одним из факторов, сдерживающих создание онлайн-версий ГИС, является сложность их разработки и более высокая стоимость при использовании коммерческого программного обеспечения. Так, например, ГИС-система от компании ГИС «ИнГео» при установке на настольный компьютер стоит 58 тыс. руб., в то время как интернет-версия стоит 360 тыс. руб. (geoinfograd.ru). Однако, несмотря на указанные трудности, онлайн-ГИС получили широкое распространение. В ряде регионов уже действуют региональные ГИС-порталы, позволяющие получать самые разнообразные пространственные данные, предоставляемые органами государственной власти. Так, например, официальный ГИС-портал Владимирской области (tempgisvo.avo.ru) содержит 177 тематических слоев, посвященных землеустройству, экологии, медицине, образованию и многим другим областям.
На официальном сайте ВОЗ на протяжении длительного времени успешно функционирует интернет-ГИС, содержащая информацию о
различных неинфекционных и инфекционных заболеваниях, включая холеру. Любой пользователь, зайдя на сайт ВОЗ, всегда может получить данные о случаях заболевания холерой, о смертности от холеры, причем эти данные автоматически отображаются на электронных картах любого масштаба и за любой промежуток времени.
В Ростовском-на-Дону противочумном институте Роспотребнадзора была разработана ГИС «Холера. Штаммы-VNTR» [3], позволяющая проводить анализ VNTR-генотипов штаммов холерного вибриона. Однако, разработанная ГИС, предназначена для работы в формате «настольного компьютера». Поэтому, цель настоящей работы состояла в разработке интернет-версии ГИС «Холера. Штаммы-VNTR», позволяющей получать данные о генотипах холерного вибриона неограниченному кругу пользователей.
Материалы и методы. Разработку интернет-версии ГИС проводили с использованием языков программирования HTML, JavaScript и PHP. В качестве ядра использовали свободно-распространяемую библиотеку Leaflet, написанную на языке JavaScript. В качестве картографических данных использовали карты, полученные от корпорации Ростелеком (Россия) и сообщества OpenStreetmap. Данные о VNTR-генотипах получены из ГИС «Холера. Штам-мы-VNTR» [3].
Результаты исследования. Для создания интернет-версии ГИС была отобрана информация о генотипах штаммов холерного вибриона, выделенных начиная с 1993 года. Штаммы, содержащие ген токсинкорегулируемых пилей (tcpA+), анализировались отдельно от апилли-рованых (tcpA-) штаммов. При этом 236 tcpA+ штаммов Vibrio cholerae распределились между 76 генотипами, вошедшими в 13 кластеров, обозначенными буквами латинского алфавита с «А» по «М», в то время как 345 апиллирова-ных штаммов распределились между 195 генотипами и 14 кластерами (рис. 1).
Рис. 1. Дендрограмма, построенная по результатам кластерного анализа распределения аллелей УМТЯ у штаммов, содержащих ген токсинкорегулируемых пилей (А), и апилированных штаммов (В)
30
ЗНиСО ДШШ N42 (205)
Разработанная ГИС «Холера-Интернет» доступна по адресу gis.antiplague.ru в двух вариантах: отдельно для tcpA+ и tcpA- штаммов. При этом для работы в ГИС необходим только интернет-браузер (Internet Explorer, FireFox, Opera и т. п.) и не требуется дополнительного программного обеспечения. Управление отображением данных осуществляется с помощью мыши: нажатием можно двигать карту, а колесиком - выбирать необходимый масштаб, причем детализация карты будет напрямую зависеть от используемого масштаба. При необходимости пользователь может выбирать слои, необходимые для отображения, например слой «административные границы регионов» (рис. 2).
сти от года выделения штамма. Для этого необходимо нажать кнопку «Выборка по годам» и задать начальный и конечный годы выделения штаммов. При этом на электронной карте будет отображены только те штаммы, которые попадают в заданный временной промежуток.
Рис. 2. ГИС «Холера-Интернет».
Отдельные штаммы обозначены звездочками.
Несколько штаммов, сгруппированных вместе, отображаются кружком, при этом в центре указывается, сколько именно штаммов входит в эту группу
Отображение мест выделения штаммов также напрямую зависит от масштаба - на более мелком масштабе штаммы, выделенные на близлежащих территориях, группируются в одну точку, в то время как при изменении масштаба карты становится видно их истинное место изоляции. Если несколько штаммов выделены в одной точке, то для того, чтобы увидеть их все, необходимо нажать на нее мышью.
При нажатии на каждый из штаммов в отдельном диалоговом окне отображается информация о штамме (дата и место выделения, генотип и т. п.) (рис. 3).
Для удобства визуального анализа используется цветовая дифференцировка штаммов в зависимости от генотипа и кластера. Так, штаммы, принадлежащие кластеру «А», отображаются малиновой звездочкой, штаммы кластера «В» - оранжевой и т. п.
В разработанной ГИС предусматривается возможность временных выборок в зависимо-
Рис. 3. ГИС «Холера-Интернет» - Диалоговое окно, отображающее информацию о штамме
Выводы. Разработанная ГИС «Холера-Интернет» представляет собой быстрый, удобный и легкодоступный инструмент для анализа распределения штаммов холерного вибриона, что может оказаться полезным для практической работы. Поскольку ГИС «Холера-Интернет» расположена на центральном сервере, это дает возможность оперативно получать или пополнять информацию практически из любой точки страны, что позволяет анализировать данные всем сотрудникам Роспот-ребнадзора, в том числе находящимися в командировках. Поэтому использование данной системы будет весьма полезно в практике работы учреждений, занимающихся проведением эпиднадзора за холерой. Одним из перспективных направлений, на наш взгляд, является проблема происхождения атоксигенных штаммов холерного вибриона. Картирование мест выделения атоксигенных штаммов в сочетании с генотипами и временем выделения позволит пролить свет на предположение о возможности их длительного сохранения в водоемах некоторых регионов нашей страны. В дальнейшем, в ходе сотрудничества с другими специалистами, планируется пополнять ГИС самой разнообразной информацией, имеющей значение для выживаемости вибрионов во внешней среде (рН, температура, солевой состав и др.). В перспективе, при расширении межгосударственного взаимодействия между Российской Федерацией и другими странами, система может быть пополнена данными о штаммах, выделенных на территории других государств, и другой информацией, что открывает перспективы для принятия решений в рамках контроля за холерой в рамках международного сотрудничества.
ЛИТЕРАТУРА
1. Буравцева Н.П. и др. Использование ГИС-технологий при разработке кадастра стационарно неблагополуч-
декабрь №12 (20с)
ЗНиСО
39
ных по сибирской язве пунктов в Краснодарском крае / Н.П. Буравцева, В.М. Мезенцев, А.Г. Рязанова [и др.] // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014. № 2. С. 59-64.
2. Водопьянов А.С. и др. Генотипирование методом мультилокусного VNTR-анализа штаммов Francisella tularensis, выделенных из природных очагов туляремии Ростовской области / А.С. Водопьянов, Н.В. Павлович, С.О. Водопьянов [и др.] // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2004. № 2. С. 24-28.
3. Водопьянов А.С. и др. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2007620389. Холера. Штаммы -VNTR / А.С. Водопьянов, С.О. Водопьянов, И.Ю. Сучков, Б.Н. Мишанькин. 2007.
4. Дакус Н.И. Атлас природно-очаговых болезней Сахалинской области. 2-е изд. Хабаровск, 1998. 38 с.
5. Кузнецов А.А. и др. Перспективы ГИС-паспортизации природных очагов чумы Российской Федерации / А.А. Кузнецов, А.М. Поршаков, А.Н. Матросов [и др.] // Проблемы особо опасных инфекций. 2012. № 1 (111). С. 48-53.
6. Львов Д.К. и др. Атлас распространения возбудителей природно-очаговых вирусных инфекций на территории Российской Федерации / Д.К. Львов, П.Г. Дерябин, В .А. Аристова [и др.] М.: НПЦ ТМГ МЗ РФ, 2001. 193 с.
7. Май И.В. и др. Геоинформационные технологии в задачах санитарно-гигиенического анализа и информационной поддержки схем комплексного развития региона и генерального плана поселения / И.В. Май, С.Ю. Балашов, В.С. Евдошенко // Здоровье населения и среда обитания. 2011. № 9. С. 17-20.
8. Манин Е.А. и др. Совершенствование эпидемиологического надзора за бруцеллезом с использованием ГИС-технологий / Е.А. Манин, Г.И. Лямкин, Н.И. Ти-хенко [и др.] // Проблемы ООИ.2012. № 4. С. 26-28.
9. Мельникова О.В. и др. Применение ГИС-технологий для анализа заболеваемости трансмиссивными клещевыми инфекциями (на примере города Иркутска) / О.В. Мельникова, С.И. Лесных, Е.И. Андаев // Здоровье населения и среда обитания. 2014. № 12 (261).
С. 43-45.
10. Richardson B.W. Snow on Cholera / B.W. Richardson // Hafner Pub. Co. 1965. P. 45-48.
Контактная информация:
Водопьянов Алексей Сергеевич, тел.: +7 (903) 402-07-02, е-mail: alexvod@gmail.com
Contact information:
Vodop'yanov Aleksey, рЫ^^: +7 (903) 402-07-02, е-mail: alexvod@gmail.com
