Understanding rabies persistence in low-density fox populations

Abstract

Arctic fox (Vulpes lagopus) and its tundra habitat are a unique system for the study of rabies virus epidemics. Contrary to theoretical calculations reporting a critical density (K T ) of approximately 1 fox/km 2 for rabies endemicity, arctic rabies persists at densities below this. The calculation of K T = 1 fox/km 2 assumes uniform fox density across the landscape and unrestricted mixing between susceptible and infected foxes. We hypothesize that spatial heterogeneity arising from resource distribution or social structure may result in regions where rabies is endemic, even though average fox densities at the regional or landscape-level are below K T . To expand upon the limited body of research surrounding arctic rabies persistence, we examine arctic rabies via a two-patch structure. We find that arctic rabies can persist in heterogeneous landscapes where the mean carrying capacity is below the threshold carrying capacity required for endemicity in homogeneous landscapes. Rabies endemicity in low-carrying capacity regions within heterogeneous landscapes is further facilitated by high transmission rates, potentially due to non-breeding foxes (i.e. floaters), and when between-patch movement is restricted to latent and infected foxes. Our results suggest that rabies may persist in heterogeneous landscapes when the mean carrying capacity is as low as 0.25 foxes/km 2 . RÉSUMÉLe renard arctique (Vulpes lagopus) et son habitat toundrique constituent un système unique pour l'étude des épidémies du virus de la rage. Contrairement aux calculs théoriques rapportant une densité critique (K T ) d'environ 1 renard/km 2 pour l'endémicité de la rage, la rage arctique persiste à des densités moindres. Le calcul de K T = 1 renard/km 2 suppose une densité uniforme de renards dans le paysage et un libre mélange des renards susceptibles et infectés. Nous posons l'hypothèse que l'hétérogénéité spatiale due à la répartition des ressources ou à la structure sociale pourrait résulter en régions où la rage est endémique même si les densités moyennes de renards sont inférieures à K T à l'échelle régionale ou du paysage. Pour ajouter aux connaissances limitées sur la persistance de la rage dans l'Arctique, nous examinons la rage arctique selon une structure biparcellaire. Nos résultats montrent que la rage arctique peut persister dans des paysages hétérogènes quand la capacité de charge moyenne est sous le seuil d'endémicité des habitats homogènes. L'endémicité de la rage dans les régions à faible capacité de charge dans des paysages hétérogènes est par ailleurs facilitée par des taux de transmission élevés, potentiellement attribuables aux renards non-reproducteurs et à la restriction des mouvements inter-parcellaires aux renards latents et infectés. Nos résultats suggèrent que la rage peut persister dans des paysages hétérogènes jusqu'à une capacité de charge moyenne aussi faible que 0,25 renard/km 2 .

Low levels of genetic differentiation and structure in red fox populations in Eastern Canada and implications for Arctic fox rabies propagation potential

“…Rabies has been documented in the Canadian Arctic, Greenland and Svalbard for a long time, known to be transmitted by Arctic foxes (Vulpes lagopus) to dogs and people [7]. The Arctic rabies virus variant (ARVV) has been enzootic in northern Canada over the last 60 years [8], and is thought to be persisting mainly in populations of Arctic foxes, despite its low density across its distribution range [9][10][11]. It has been isolated in a number of other mammalian species throughout the Arctic, but also in more southerly areas [11,12].…”