Auch in den Ländern, in denen die Impfkampagne auf Hochtouren läuft, müssen strenge epidemiologische Restriktionen eingehalten werden – zu diesem Schluss kam eine Gruppe von Genetikern, die ein Modell für die Ausbreitung des Coronavirus bauten. Aus ihren Berechnungen folgt, dass das Auftreten neuer Varianten, die gegen die Immunität nach der Impfung resistent sind, am wahrscheinlichsten ist, wenn mindestens 60 Prozent der Bevölkerung geimpft sind. Ob sich eine neue Variante in der Bevölkerung durchsetzt oder nicht, hängt von der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Virus ab – und sie lässt sich bereits administrativ eingrenzen. Die Arbeit wurde in Scientific Reports veröffentlicht.
Trotz der Tatsache, dass die Regierungen vieler Länder ihre Bevölkerung seit mehr als sechs Monaten massiv gegen das Coronavirus impfen, ist noch nicht bekannt, wie dieser Prozess richtig organisiert werden soll.
Man könnte beispielsweise mit gefährdeteren Gruppen beginnen – älteren Menschen, mit chronischen Krankheiten oder häufiger Exposition gegenüber dem Virus – wie dies in vielen europäischen Ländern der Fall ist. Diese Strategie vermeidet einige Opfer, stoppt aber nicht unbedingt die Ausbreitung des Virus in der Allgemeinbevölkerung. Das Virus verändert sich jedoch weiter, und es tauchen neue Varianten auf, die sich als ansteckender erweisen und die Bemühungen zur Rettung gefährdeter Gruppen untergraben könnten. Daher schlagen einige Wissenschaftler vor, vor allem diejenigen zu impfen, die mehr Kontakt zu anderen Menschen haben und einen größeren Beitrag zur Ausbreitung der Infektion leisten.
Eine Forschergruppe um Fyodor Kondrashov vom Austrian Institute of Science and Technology hat einen anderen Weg vorgeschlagen, dieses Problem zu lösen. Kondrashov und seine Kollegen bauten ein epidemiologisches Modell, das die Dynamik der Infektion des Menschen mit dem Coronavirus beschreibt, um herauszufinden, was bestimmt, ob eine neue Variante verschwindet oder in der Bevölkerung Fuß fasst.
Als Grundlage nahmen die Forscher das SIR-Modell der Epidemie, bei dem alle Menschen in gefährdet (S, anfällig), infiziert (I, infiziert) und genesen (R, genesen) eingeteilt werden. Um der aktuellen Coronavirus-Situation Rechnung zu tragen, haben die Wissenschaftler die Anzahl der Kategorien auf acht erweitert: gefährdet, geimpft, mit einem gemeinsamen Stamm infiziert, mit einem impfstoffresistenten Stamm infiziert, geimpft und infiziert mit einem impfstoffresistenten Stamm, genesen, geimpft genesen und tot. Das Modell musste die Übergänge zwischen den meisten dieser Phasen berücksichtigen, und die Autoren der Arbeit wählten für jeden Übergang ihren eigenen Wahrscheinlichkeitskoeffizienten.
Modellstruktur: Kategorien von Personen und Übergänge zwischen ihnen. S - anfällig, V - geimpft, I - infiziert (wt - Hauptvariante, r - resistent, v - nach Impfung), R - genesen, D - tot.
Feste Parameter, auf deren Grundlage das Modell aufgebaut wird.
Die Forscher berechneten, wie sich die Epidemie nach diesem Modell innerhalb von drei Jahren bei einer Bevölkerung von 10 Millionen Menschen entwickeln würde, sofern die Impfung nach dem ersten Jahr beginnt. Um die Situation der Realität anzunähern, änderten die Autoren des Modells den Transmissionskoeffizienten des Virus so, dass er Schwankungen der Reproduktionszahl (R) von 0,77 auf 2,52 entsprach etwa tausend Infizierte und ging zurück, als diese Zahl auf 2-20.000 zurückging. Dementsprechend verschwand die Epidemie in Ermangelung nachhaltiger Optionen allmählich. Aber wenn solche Optionen Fuß fassen konnten, kehrten die Wellen in ihrer ursprünglichen Lautstärke zurück.
So verändert sich die Zahl der Infizierten mit der Haupt- (blau) und der resistenten (rot) Variante in der Modellpopulation. Mögliche Szenarien: b - eine stabile Option erscheint, ist aber nicht fixiert, c - eine stabile Option ist fixiert und dominiert.
Anschließend überprüften die Autoren der Arbeit, was die Wahrscheinlichkeit eines resistenten Stammes beeinflusst. Sie fanden heraus, dass es in ihrem Modell von zwei Parametern abhängt: dem Anteil der geimpften Bevölkerung und der Schwellenzahl der Infizierten, nach der R ansteigt und ein Ausbruch beginnt. Einerseits wird die Infektion bei einem niedrigen Schwellenwert schnell in der Bevölkerung übertragen, wodurch es für eine neue Variante leichter ist, einen neuen Wirt zu finden. Andererseits schafft der hohe Anteil an Geimpften Bedingungen, in denen die neue Variante die alte übertrifft. Infolgedessen tauchten bei einer Modellepidemie neue Varianten auf, wenn die Zahl der Geimpften in der Bevölkerung auf 60 Prozent anstieg.
Da es jedoch kaum Sinn macht, die Impfung zu stoppen, schlugen die Forscher vor, das Auftreten einer neuen Variante zu verzögern, indem man die Ausbreitungsrate des Virus in der Bevölkerung verringert. Sie führten ein einmaliges Ereignis in ihr Modell ein, das diese Rate drastisch reduziert – ein Analogon zu epidemiologischen Einschränkungen. Es stellte sich heraus, dass je länger dieses Ereignis andauert, desto mehr sinkt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer neuen Variante. Bei der maximalen Dauer der Restriktionen von vier Monaten wuchs das Risiko, dass eine neue Variante entstehen würde, praktisch nicht und war bei 60 Prozent der Bevölkerung fast vollständig geimpft.
Die Wahrscheinlichkeit, dass eine neue Variante bei unterschiedlichen Ausbreitungsraten (a - Maximum, c - Minimum) in der Population Fuß fasst. Die X-Achse ist die relative Zeit: Eine entspricht dem Moment, in dem 60 Prozent geimpft sind. Epidemiologische Restriktionen unterschiedlicher Länge sind in unterschiedlichen Farben gekennzeichnet.
Die Autoren der Arbeit hatten nicht das Ziel, die Situation für eine bestimmte Population vorherzusagen. Im Gegenteil, sie haben ein allgemeines Modell erstellt, in das jeder genauere Parameterwerte für ein bestimmtes Land einsetzen kann - der Modellcode wird auf github.com veröffentlicht. Darüber hinaus weisen die Forscher darauf hin, dass es einige Situationen gibt, die nicht zu ihrem Modell passen. Es beschreibt beispielsweise nicht den Fall, dass es in der Population mehrere Varianten gibt, die in unterschiedlichem Maße gegen die Wirkung von Antikörpern resistent sind. Und es berücksichtigt nicht, dass einige Optionen mit einer höheren Geschwindigkeit als die ursprünglichen übertragen werden können. Die Forscher kommen jedoch zu dem Schluss, dass Massenimpfungen keine Ausrede sein sollten, um Beschränkungen zu lockern: nicht nur soziale Distanzierung, sondern auch Reisen zwischen Ländern. Da die Impfraten von Region zu Region stark schwanken können, erhöhe die Freizügigkeit das Risiko, dass neue Varianten in die Bevölkerung gelangen, weiter, so dass epidemiologische Grenzwerte international vereinbart werden müssten.
Einige Virologen glauben, dass im Körper von Menschen mit geschwächtem Immunsystem Antikörper-resistente Varianten auftreten können – darüber haben wir in dem Material „The Batmen Among Us“geschrieben. Und kürzlich entdeckten russische Wissenschaftler eine Patientin, bei der das Coronavirus während ihrer Krankheit 40 zusätzliche Mutationen erworben hatte.
