Desvendando o futuro das previsões de epidemias e mudanças climáticas

Tecnologias e a colaboração internacional estão moldando a antecipação e a prevenção de epidemias em um mundo afetado pelas mudanças climáticas

 

Nesta entrevista, os pesquisadores do Barcelona Supercomputing Center Chloe Fletcher, Rachel Lowe e Bruno Moreira de Carvalho compartilham os insights e as descobertas de um estudo pioneiro sobre previsão de epidemias sensíveis ao clima.

Este estudo, batizado de ENDCast, é centrado na América Latina e no Caribe, e visa não apenas prever surtos de doenças como dengue, malária e leptospirose como criar ferramentas operacionais para alertar e apoiar os tomadores de decisão em suas estratégias de resposta.

Por meio de tecnologias de ponta e colaborações com instituições de diversas partes do mundo, como o Observatório de Saúde e Clima da Fiocruz, os pesquisadores estão desvendando a relação entre eventos climáticos, como El Niño e La Niña, e a ocorrência de doenças infecciosas.

Nessa entrevista, os cientistas destacaram o papel crucial dos supercomputadores na análise de dados climáticos complexos e na produção de previsões precisas e ressaltaram a necessidade de investimentos contínuos e cooperação global para enfrentar os desafios trazidos pelas mudanças climáticas.

Entrevista de João Manuel da Rocha Lima

Quais foram as principais conclusões do estudo que vocês desenvolveram no Barcelona Supercomputing Center?

Chloe Fletcher: As principais conclusões do estudo que desenvolvemos foram focadas em produzir previsões de risco de surtos para uma variedade de diferentes doenças infecciosas sensíveis ao clima, especialmente em resposta ao atual evento El Niño em 2023/2024, que ainda está em curso no momento. Optamos por hospedar essas previsões em uma plataforma operacional para que pudessem servir como uma ferramenta de apoio à tomada de decisão, fornecendo alertas precoces de surtos, o que pode informar ações precoces, idealmente fornecendo informações que os tomadores de decisão possam usar para acionar um alerta de risco em diferentes partes do país.

A ferramenta é chamada ENDCast, que significa Previsão de Doenças Impulsionadas pelo El Niño. É adaptada para a região da América Latina e do Caribe. Essa região foi selecionada porque temos parcerias fortes nessas áreas. Isso nos permitiu prototipar e desenvolver rapidamente a ferramenta. Mas também porque 2023 foi um ano recorde, especialmente para surtos de dengue em vários países da região. E 2024 seguiu a mesma tendência.

Os estudos de caso incluídos no ENDCast abrangem Brasil, Colômbia, Argentina, Barbados, Equador e Peru. Provavelmente, outros serão incluídos em breve. Estamos analisando duas doenças transmitidas por vetores, dengue e malária, e uma zoonose transmitida pela água, leptospirose. O estudo foi realizado em colaboração com parceiros em toda a região, que puderam fornecer dados, ajudar com análises, desenvolvimento da ferramenta, bem como contextualizar os resultados. Isso foi muito valioso. No Brasil, tivemos o apoio do Observatório de Clima e Saúde, da Fiocruz.

No futuro, o plano para o ENDCast é tornar o framework flexível e reproduzível, para que possa ser aplicado em várias outras regiões do mundo, não apenas na América Latina e no Caribe, mas especialmente em áreas sensíveis a anomalias climáticas sazonais durante eventos El Niño ou La Niña.

Um resultado interessante do estudo, especialmente ao analisar o risco de dengue no Brasil, Colômbia e Peru, é que o modelo ideal selecionado tem variáveis muito semelhantes em cada um desses diferentes estudos de caso. Cada modelo inclui a temperatura média de três meses por região, a precipitação média de três meses, bem como o índice oceânico Niño. Essas variáveis têm tempos de defasagem ligeiramente diferentes, então estamos observando associações retardadas entre essas variáveis e seu efeito sobre a dengue. Mas na verdade houve bastante consistência entre esses estudos de caso.

Isso tem sido muito interessante e útil. Significa que pode haver um modelo generalizável que poderia ser aplicado em pontos críticos em toda a região. Ainda não temos essa resposta. Nosso plano após esta primeira fase será, uma vez que o El Niño tenha concluído, verificar quão bem nossos modelos de previsão se saíram em comparação com dados epidemiológicos observacionais para ver se capturaram quando esses surtos ocorreram ou não. Queremos fazer isso mais tarde para realizar um processo de avaliação do modelo.

 

Qual foi a importância do uso dos supercomputadores neste estudo?

Chloe: A importância do uso de supercomputadores neste estudo reside em sua capacidade de lidar com tarefas computacionalmente intensivas, especialmente no pós-processamento e calibração de previsões climáticas. Para gerar previsões de doenças, previsões climáticas calibradas são essenciais, pois fornecem os dados de entrada para os modelos de previsão. A calibração envolve a correção de viés, o que pode ser computacionalmente caro, especialmente ao lidar com um grande número de estudos de caso. Sem acesso a recursos de supercomputação, operacionalizar esse processo não seria viável.

Além disso, os supercomputadores são necessários para diminuir a escala das previsões climáticas, a fim de corresponder à resolução espacial das observações e reconstruções usadas nos modelos. Esse processo de redução de escala requer uma quantidade significativa de poder computacional.

 

Você acredita que a tecnologia vai desempenhar um papel importante na previsão de epidemias no futuro?

Rachel Lowe: Como Chloe descreveu, a infraestrutura que temos para processar grandes quantidades de dados em termos de previsões sazonais é realmente importante. E o framework que implementamos, esse tipo de framework automatizado que pode ser adotado por diferentes usuários, incluindo o Observatório de Clima e Saúde do Brasil. Também estamos vendo a adoção dessa plataforma, por exemplo, na Agência de Saúde Pública do Caribe e com a Cruz Vermelha Colombiana. Então, estamos desenvolvendo essas ferramentas que podem ser alimentadas com qualquer tipo de dados, sejam eles globais ou locais. São ferramentas que podem ser usadas de maneira rotineira e operacional para produzir previsões probabilísticas.

Este sistema em particular foi projetado para responder ao evento El Niño emergente, mas poderia ser usado operacionalmente com base em qualquer tipo de dados climáticos para medir anomalias e fazer esses alertas com antecedência. E a vantagem da tecnologia é que nos permite processar muitos dados rapidamente. Os modelos podem lidar com áreas geográficas muito grandes, como todo o Brasil, mas também pequenos estados insulares em desenvolvimento ou em pontos críticos que são particularmente sensíveis às mudanças climáticas.

 

No caso do Brasil, porque foi priorizado o sul e a leptospirose?

Rachel: Desenvolvemos um estudo de previsão anterior no qual demonstramos que, utilizando dados de altura dos rios e temperatura em relação aos eventos El Niño, podemos prever, com alto grau de sucesso, a probabilidade de surtos de leptospirose no norte da Argentina. Em parceria com Christovam Barcellos e Diego Xavier, do Observatório de Clima e Saúde, e outros especialistas em leptospirose no Brasil, reconhecemos que essa área específica é uma área crítica da região, sensível ao El Niño. Portanto, quando ocorrem eventos El Niño, temos condições excepcionalmente úmidas nessa região, com muitas inundações, o que é muito relevante para a leptospirose. Então, mesmo que vejamos surtos de leptospirose em muitas outras partes do Brasil, decidimos, em primeiro lugar, focar nesta região.

Bruno Moreira de Carvalho: Recentemente, mudamos o foco do estudo de caso do Brasil e agora estamos trabalhando em todo o Brasil para os modelos de dengue. Acabamos de gerar muito recentemente nosso primeiro conjunto de previsões preliminares para a dengue no Brasil. E nossas estimativas atuais do modelo são baseadas em uma média de três meses de temperatura principal e precipitação em diferentes regiões relacionadas à situação atual e também ao índice nu oceânico. E para ser honesto, nossas estimativas atuais para a probabilidade de surtos estão bastante compatíveis com a situação atual da epidemia de dengue no Brasil. Mas, é claro, ainda estamos analisando os resultados. Porque é uma quantidade grande de previsões para as 450 regiões de saúde. Ainda estamos revisando tudo com cuidado.

 

O que diferencia o atual El Niño dos anteriores, em relação às epidemias como dengue e leptospirose? Essas epidemias estão mais intensas agora do que nos El Niños anteriores?

Rachel: Acredito que isso é difícil de quantificar no momento. Como você sabe, este ano é um dos piores anos registrados para dengue em toda a América Latina, o que pode ser devido a muitos fatores diferentes, como sorotipos circulantes e diferentes tipos de prestação de serviços de saúde. Há também o evento El Niño, que é importante. Houve também, em 2019, um grande surto de dengue na região. Acredito que este evento El Niño em particular é considerado um dos cinco piores já registrados. Também houve eventos El Niño muito fortes em 1998 e em 2016. Portanto, este está entre esses outros recordes.

Acho que teremos que esperar um pouco mais para ter os casos de doenças notificadas, para poder fazer comparações adequadas. Mas sabemos de alguns estudos, que abrangem toda a América Latina ou todo o Sudeste Asiático, que quando vemos esses eventos El Niño muito fortes, tendemos a ver surtos regionais de dengue também. Portanto, certamente a influência desses padrões climáticos anômalos associados ao El Niño parece ter um impacto facilitador em epidemias regionais em larga escala.


Então, essas epidemias também estão relacionadas a eventos climáticos em outras partes do mundo, como África, Sudeste Asiático ou Sul da Ásia?

Rachel: Parece ter impacto também no Sudeste Asiático, assim como na América Latina. Mas dependendo de onde você está, a influência do El Niño no clima local é bastante diferente. Por exemplo, os eventos de seca que ocorrem em Barbados parecem estar muito relacionados aos eventos de El Niño, o que também é algo que vemos na parte norte do Brasil, em vez da parte sul do Brasil, onde prevalecem as chuvas. E alguns de nossos estudos têm mostrado que eventos de seca extrema também podem ter impacto em epidemias de dengue, pois alteram práticas de armazenamento de água e permitem mais locais de reprodução de mosquitos durante períodos secos. E se isso for seguido por uma temporada particularmente quente e úmida, então podemos ter uma chance aumentada de um surto de dengue. Portanto, existem muitos mecanismos diferentes pelos quais temperaturas elevadas ou secas e excesso de chuvas podem ter sobre a dengue. Portanto, por meio de nossas diferentes parcerias e estudos, estamos vendo que não podemos aplicar a mesma abordagem para como o El Niño afeta a dengue. Temos que analisar os mecanismos locais e como isso interage com a infraestrutura subjacente.

Como Chloe mencionou, no ENDCast, estamos cobrindo vários pontos críticos na América Latina, especialmente onde sabemos das fortes ligações com o El Niño. E também estamos fazendo um estudo mais aprofundado com parceiros caribenhos. Em relação à África, recentemente iniciamos uma colaboração com o sistema DHIS2, que é um sistema de gestão de saúde muito bem estabelecido. Eles coletam muitos dados de vigilância. Acredito que seja em mais de 100 países no mundo, e eles estão interessados em tentar incorporar informações climáticas em sua plataforma. Portanto, esperamos trabalhar com eles em alguns pilotos, por exemplo, em Malawi e Moçambique. E também há alguns exemplos no Sudeste Asiático, seja de sistemas operacionais atuais ou diferentes sistemas em desenvolvimento, especialmente no Vietnã, Malásia, Sri Lanka. E o projeto DHIS2 também trabalha, atualmente, no Laos.

 

O El Niño pode acabar até o meio deste ano, e então enfrentaremos La Niña. O que você espera desta La Niña em termos de epidemias?

Chloe: O ciclo entre El Niño e La Niña tipicamente passa por uma fase neutra no meio. Então, pode ser que não tenhamos imediatamente La Niña logo após o El Niño. Pode levar algum tempo, e realmente, o impacto dela nas doenças pode depender da doença específica e quais são, como Rachel mencionou antes, as anomalias climáticas associadas dentro de uma região específica. Podemos observar diferentes relações entre temperatura e precipitação para eventos de El Niño e La Niña, mesmo em áreas que são bastante próximas. É realmente interessante. Dentro do ENDCast, notamos que, ao examinar a relação entre precipitação e El Niño na costa do Peru, na costa norte do Peru, ocorrem condições incrivelmente úmidas devido ao El Niño. E no sul, na verdade, observamos condições de seca durante um evento de El Niño.

Mesmo em uma área costeira, que não é particularmente grande, podemos observar um gradiente de impacto com diferentes efeitos do El Niño ou La Niña. Tipicamente, o que estamos observando dentro do ENDCast no momento para os diferentes estudos de caso, é o risco de dengue, onde nos concentramos principalmente no desenvolvimento de modelos, assim como leptospirose. Em breve acompanharemos com malária.

Estamos observando uma relação entre anomalias de temperatura da superfície do mar no Pacífico tropical mais elevadas marcadas pelo El Niño com aumento do risco de doenças. Agora, isso não necessariamente continua de maneira linear. Podemos ver que, na verdade, além de uma certa anomalia de temperatura da superfície do mar, esse risco começa a diminuir novamente em comparação com outras temperaturas. E então também estamos vendo se temperaturas mais baixas da superfície do mar reduzem o risco.

Isso poderia sugerir que durante o La Niña haverá um risco reduzido de dengue. O El Niño não é a única coisa que tem uma relação com o risco. Também estamos considerando nos modelos, temperatura e precipitação, que poderiam estar na temperatura ideal e levar a um aumento do risco. Portanto, existem muitas variáveis que podem estar impactando aqui. E é muito importante observar que nossos modelos estão apenas analisando um máximo de três variáveis, e há muitos outros fatores que podem estar em jogo aqui que os modelos atualmente não estão considerando.

O modelo deve ser simples e razoável, reprodutível. Num mundo ideal, também incorporaríamos fatores socioeconômicos, mudança no uso da terra ou cobertura, mobilidade humana, suscetibilidade populacional ou mudança nos diferentes sorotipos também. Portanto, esses fatores podem ser realmente influentes mesmo se estivermos no evento La Niña.

Esperamos no futuro poder incorporar esses outros fatores, mas há muitos desafios em acessar dados padronizados em uma variedade de áreas diferentes. Portanto, idealmente, podemos trabalhar com parceiros regionais para tornar isso possível para a América Latina e o Caribe. Mas isso realmente seria um desenvolvimento futuro.

 

O aumento da temperatura dos oceanos pode se tornar um problema perene, não apenas algo sazonal, ou relacionado ao La Niña ou El Niño. Como você vê isso em termos de riscos de epidemias e as mudanças climáticas?

Rachel: É bastante difícil comentar apenas com base neste estudo. Não acho que o estudo necessariamente seja capaz de capturar esse processo, porque nossos modelos estão aprendendo a partir de dados passados. Portanto, realmente estamos entendendo qual era a situação no passado e assumindo que será estável no futuro, o que, você sabe, pode não ser o caso. E isso é algo que talvez precisemos revisitar posteriormente. Há um artigo interessante de Felipe Colon Gonzalez, publicado em 2021, em que diz que até o final deste século, haverá estimados 4,7 bilhões a mais de pessoas em risco de doenças transmitidas por mosquitos, como dengue e malária, no pior cenário. Portanto, é muito provável que as mudanças climáticas levem a um aumento do risco dessas doenças. Mesmo sob o melhor cenário, acredito que ainda haveria um aumento substancial do risco de dengue e malária.

 

Estudos recentes mostram que o desmatamento também pode causar grandes epidemias, porque vetores que estão na floresta podem se espalhar para as cidades. Vocês planejam incluir em sua pesquisa o desmatamento como um dos fatores geradores de epidemias?

Rachel: Nosso grupo fez algumas pesquisas sobre o impacto do desmatamento, particularmente na malária, na região amazônica, alguns trabalhos em andamento no Brasil e também na Venezuela, mostrando os diferentes efeitos de áreas onde, por exemplo, áreas que foram perturbadas por comunidades mineradoras, e como isso pode modificar o impacto da temperatura. Por exemplo, vemos que o impacto da temperatura na transmissão da malária parece ser maior em áreas mais perturbadas. Há alguns anos, publicamos um artigo sobre como outros vírus estão se infiltrando na Amazônia à medida que ela se torna mais urbana.

Portanto, acredito que certamente essa é uma área de estudo importante. Até agora, temos usado dados de desmatamento em modelos no quais estamos tentando entender os diferentes mecanismos. Portanto, isso pode nos ajudar a estabelecer um quadro geral de previsão. Então, podemos acabar em uma situação em que o efeito de uma previsão de temperatura, por exemplo, em uma área perturbada, pode ser diferente de uma área não perturbada.

 

Sabendo que o Observatório de Clima e Saúde da Fiocruz alcança várias partes do país e está em contato com muitas instituições em todos os 27 estados do Brasil, que tipo de alertas vocês gostariam de trazer para essas instituições, como secretarias municipais e estaduais de saúde, via Fiocruz?

Rachel: Essa é uma pergunta muito boa. Acredito que isso seria parte de todo o processo de co-criação com os usuários locais para ajudar-nos, em primeiro lugar, a definir o que define um surto ou um alto risco. Isso pode ser muito diferente em diferentes partes do país. Então, eu sei que no Brasil, nos boletins epidemiológicos, eles tendem a usar, por exemplo, 300 casos por 100.000 como um limite para determinar o que é uma epidemia de dengue.

Com Christovam, fizemos vários testes para ver se esse é definitivamente um limite adequado em uma cidade como o Rio de Janeiro, mas talvez não seja adequado em algum lugar mais remoto ou rural na Amazônia. Portanto, você pode ter que adaptar, dependendo do contexto local, o que é um limiar epidêmico, e então, usando toda a abordagem de avaliação do modelo, isso pode mudar seus limiares de gatilho.

Então, talvez, em algum lugar como o Rio de Janeiro, possa estar relacionado à capacidade de leitos nos hospitais e se é necessário envolver o Exército na Amazônia possa estar mais relacionado a coisas diferentes relacionadas ao armazenamento de água ou garantir que haja veículos suficientes para chegar às comunidades mais remotas. O Observatório de Clima e Saúde tem um papel muito importante nesses alertas ao sistema de saúde.

 

Esses parceiros como a Fiocruz forneceram os dados que vocês processaram, e então eles vão traduzir essas descobertas em políticas públicas, certo? Para a realidade local.

Rachel: Sim, exatamente. Estamos trabalhando com parceiros como o Observatório de Clima e Saúde, com ministérios de saúde e serviços meteorológicos, ou órgãos mais regionais como a Agência de Saúde Pública do Caribe, por exemplo, e explorando essa expertise e esses vínculos. O Infodengue, por exemplo, tem vínculos muito fortes com os tomadores de decisão municipais. Portanto, estamos trabalhando por meio dos parceiros que ajudam a fornecer os dados localmente, entendendo quais são as necessidades específicas das pessoas que realmente estão usando as plataformas.

 

Como as epidemias afetam cada classe social? Afeta mais as pessoas pobres, comunidades pobres, ou não há diferenciação em termos de contexto social?

Rachel: Conduzimos um estudo em que estávamos analisando como o impacto de eventos extremos, como condições de seca extrema e condições extremamente úmidas, interage com o nível de urbanização. Foi interessante ver que as condições de seca extrema eram exacerbadas em áreas mais urbanas, o que também estava relacionado a relatos de escassez de água. Mas em áreas mais rurais, então, o impacto de condições extremamente úmidas era mais importante. Isso foi bastante interessante.

E por meio do nosso projeto Harmonize, que também inclui o Observatório de Clima e Saúde do Brasil como parceiro-chave, estamos desenvolvendo conjuntos de dados harmonizados, e tentando agregá-los em conjuntos significativos em termos de idade, sexo, fatores socioeconômicos e uma série de outras coisas, para que então possamos aprofundar um pouco mais essas questões e realmente entender as desigualdades socioeconômicas em torno dos impactos das mudanças climáticas em doenças infecciosas centradas no clima.

 

Um dos bairros mais ricos da cidade de São Paulo, a região de Alto de Pinheiros, foi um importante foco de dengue durante o auge da epidemia, devido à concentração de mansões abandonadas…

Rachel: Isso é realmente interessante. Posso comentar brevemente que, trabalhando com nossos parceiros aqui em Barcelona, onde estamos baseados com a agência de saúde pública, eles também observam um padrão muito semelhante, de que as áreas muito afluentes têm jardins. Eles têm, você sabe, muitos recipientes artificiais, canteiros de plantas, vasos de flores, brinquedos descartados, além de fontes de água. E há um problema na Espanha. Não sei como é isso no Brasil. Não há uma lei dizendo que as autoridades de saúde podem entrar em uma propriedade privada, se houver risco de dengue. Portanto, enquanto você pode, quando começa a ver um aumento nas populações de mosquitos ou as condições climáticas são previstas para aumentar a adequação, as autoridades podem agir nas áreas públicas, mas não nas áreas privadas.

 

Você acha que no futuro vamos precisar de mais financiamento para esse tipo de projeto da Organização das Nações Unidas ou de qualquer tipo de organização multilateral?

Rachel: Absolutamente. Acredito que muitos órgãos financiadores sempre querem financiar a próxima grande ideia, todos esses projetos de pesquisa interessantes. Mas, na verdade, se quisermos ver implementação, então diferentes financiadores e agências governamentais precisam começar a investir na capacidade de trabalhar entre diversos setores e agências para integrar tanto a terminologia, linguagem, diferentes tipos de dados e ter investimentos reais para ter esses sistemas sustentáveis implementados e avaliados.

Portanto, sim, acredito que há muitos desafios pela frente, e acho que com nossas parcerias, estamos fazendo um bom progresso no desenvolvimento de ferramentas robustas e baseadas em dados. Mas acho que há um grande desafio em realmente implementar isso de forma sustentável. E isso requer muito apoio e investimento de, como você disse, organizações das Nações Unidas e agências financiadoras governamentais.

 

Você pode falar mais sobre o sistema de supercomputação de Barcelona?

Rachel: O Barcelona Supercomputing Center é financiado pelos governos da Espanha e da Catalunha. Atualmente, há cerca de 1000 pessoas trabalhando no instituto. Estamos distribuídos em quatro departamentos diferentes: ciências da vida, ciências da terra, ciências computacionais e aplicações computacionais. O Marian Ostrom Five é um dos supercomputadores mais poderosos da Europa, e é utilizado por muitos pesquisadores diferentes para oferecer soluções para a sociedade. Há muito trabalho acontecendo no momento no desenvolvimento de gêmeos digitais. No nosso departamento, há um foco no desenvolvimento de um gêmeo digital da Terra, como uma réplica digital, para poder testar muitos cenários diferentes e medidas de adaptação. E o departamento de ciências da vida está trabalhando em um gêmeo digital do corpo humano para desenvolver muitas soluções de bioinformática.


Para que servem os gêmeos digitais?

Rachel: O objetivo é ser capaz de executar várias simulações para testar, mudando diferentes parâmetros. No que diz respeito ao Planeta Terra, podemos examinar diferentes cenários. Por exemplo, qual seria o risco de diferentes eventos climáticos se não tivéssemos tantas emissões de gases de efeito estufa sendo lançadas na atmosfera? O que aconteceria se implementássemos uma medida de adaptação específica? Portanto, podemos testar diferentes cenários usando uma grande quantidade de poder computacional para responder a perguntas em uma escala muito detalhada. Há um grande investimento por meio da Comissão Europeia, da Agência Espacial Europeia e de outros, para tentar desenvolver o uso desses computadores de alta performance com o intuito de responder a esse tipo de perguntas e ajudar a construir melhores planos de adaptação e mitigação e aumentar a resiliência da sociedade.