Wie wichtig ist die Fernreisen in der Ausbreitung von Epidemien ?

die aktuelle Ebola Ausbruch zeigt, wie schnell Krankheiten mit globaler Strahl Reise zu verbreiten.

Und doch wissen, wie man vorhersagen, die Verbreitung dieser Epidemie ist noch ungewiss , da die komplizierten Modellen nicht vollständig verstanden werden , sagt ein UC Berkeley Biophysiker .


Bei Fernreisen ist selten , Epidemien ausbreiten wie ein langsamer , plätschernde Welle, wie sie in der Simulation (links) und der tatsächlichen historischen Ausbreitung der Pest im Mittelalter gezeigt .
Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Oskar Hallatschek und D. Sherman und J. Salisbury

Mit einer sehr einfachen Modell der Verbreitung der Seuche , Oskar Hallatschek , Assistant Professor für Physik, bewiesen, dass eine allgemeine Annahme ist eigentlich falsch. Mit dem Flugzeug oder der Bahn , zum Beispiel - - der Ausbruch schnell Metastasen zu einer Epidemie die meisten Modelle sind für selbstverständlich , dass, wenn Krankheitsvektoren , wie Menschen, haben eine Chance, "Springen" außerhalb des ersten Ausbruch Bereich übernommen.

Hallatschek und Co-Autor Daniel Fisher von der Stanford University statt gefunden , dass, wenn die Chance auf Langstreckenausbreitungniedrig genug ist , breitet sich die Krankheit ganz langsam , wie eine Welle Plätschern aus dem ersten Ausbruch . Diese Art der Verbreitung war vor gemeinsamen Jahrhunderten , als die Menschen nur selten gereist. Der Schwarze Tod verbreitete sich im 14. Jahrhundert in Europa als eine Welle , zum Beispiel.

Wenn aber die Chance, Springen ist oberhalb eines Schwellenwerts - die oft ist die Situation heute mit häufigen Flugreisen - die Krankheiten, kann genug Satelliten , um Ausbrüche wie ein Lauffeuer erzeugen . Und desto größer die Wahrscheinlichkeit , dass die Menschen auf der ganzen Welt steigen , desto schneller der Ausbreitung .

"Mit unserem einfachen Modell , wir zeigen deutlich, dass einer der wichtigsten Faktoren, die die Ausbreitung der Infektion kontrolliert ist, wie gemeinsame Langstrecken- Sprünge sind in der Ausbreitung einer Krankheit ", sagte Hallatschek , die die William H. McAdams Lehrstuhl für Physik und ein Mitglied der UC Berkeley Arms des California Institute for Quantitative Biosciences ( QB3 ) . " Und , was am wichtigsten sind die seltenen Fälle von extrem langen Sprüngen, die Personen, die Flugreisen nehmen zu weit entfernten Orten und möglicherweise die Krankheit ausbreiten . "

Dieses neue Verständnis eines einfachen Computermodell der Ausbreitung von Krankheiten helfen Epidemiologen verstehen die komplexere Modelle nun verwendet, um die Ausbreitung von Epidemien vorherzusagen , sagte er, sondern auch dazu beitragen, Wissenschaftler die Ausbreitung von Krebs Metastasen , genetischer Mutationen in tierischen oder menschlichen Populationen zu verstehen, invasive Arten, Waldbrände und sogar Gerüchte.

Das Papier erscheint in dieser Woche in der Online Early Edition der Zeitschrift Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften .

epidemische Ausbreitung

Hallatschek studiert in der Regel in einer Petrischale , wie neue Mutationen in Kolonien von Mikroben zu verbreiten , die Tätigkeit , die er Modelle mathematisch zu verstehen, wie die Evolution fixiert neuen Merkmale in einer Population. Beim Blick auf einfache Theorien wie " Epidemie " zu verbreiten, allerdings war er überrascht zu entdecken, dass niemand die Antwort auf eine einfache Frage wusste : Wie funktioniert die Fernausbreitungvon Personen während eines Ausbruchs Einfluss auf die Verbreitung ?

Simulationen zeigen, dass , wenn die Chance Personen reisen weg von der Mitte eines Ausbruchs fällt exponentiell mit der Entfernung - zum Beispiel, wenn die Chance, ferne Reise fällt um die Hälfte alle 10 Meilen - die Krankheit breitet sich als relativ langsamen Welle.

Simulationen auch vorgeschlagen, dass eine langsamere "power -law " Drop-off - zum Beispiel, wenn die Chance, ferne Reise fällt um die Hälfte jedes Mal, wenn der Abstand verdoppelt . - Ließ sich die Krankheit schnell außer Kontrolle "


Der "Wo ist George ? " Projekt verfolgt Dollar-Scheine in der ganzen Welt , die Bereitstellung von Daten über Menschen Reise , die für das Verständnis epidemischen Ausbreitung von Bedeutung sein können .
Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Oskar Hallatschek und D. Sherman und J. Salisbury

" Wir waren schockiert zu sehen, dass dies nicht nachgewiesen worden , und sah eine Chance zu beweisen, etwas wirklich grundlegende ," sagte Hallatschek .

Das einfache Modell, das er verwendet wurde von realen Komplexität beraubt , aber enthalten die entscheidenden Zutaten benötigt, um evolutionäre Ausbreitung vorhersagen, und , was noch wichtiger ist , könnte durch eine mathematische Formel erfasst werden. Hallatschek entdeckt drei Arten von Situationen, die Epidemie Potenzgesetz -Distributionen.

In Fällen, in denen Langstrecken- Sprünge sind sehr selten, Epidemien in einem langsamen Welle zu verbreiten, durch die Black Death typisiert . Die invasive Stockkröte auch in einem langsamen Welle , nachdem er nach Australien in den 1930er Jahren eingeführt zu verbreiten. Beim Langstrecken- Sprünge sind häufig, breitet sich die Krankheit sehr schnell , wie in den Jahren 2002-2003 mit SARS ( schwere akute respiratorische Syndrom ), Die von Flugreisenden auf der ganzen Welt verbreitet wurde . Eine Zwischenlageproduziert Satelliten- Ausbrüche , sondern breitet sich weit langsamer als SARS -ähnliche Fälle .

Hallatschek sagte, dass frühere Studien nicht berücksichtigt die Zufälligkeit der Sprünge , die die Menschen auf den Gedanken , dass jede Langstreckensprungwürden , um neue Ausbrüche und die rasche Verbreitung Führung zu übernehmen . Aber wenn Langstrecken Sprünge sind extrem selten , sind in der Regel weit entfernt Ausbrüche , die von der langsamen , wellenartige Ausbreitung der ersten Ausbruch überholt , bevor sie viel zum Gesamt Epidemie beitragen werden.

Er bemerkte, dass zwei neue Studien der menschlichen Ausbreitung - die "Wo ist George ? " Dollar-Rechnung Tracking- Studie und ein Handy - Nutzer-Mobilitätsstudie2008 - legen nahe, dass in der realen Welt , den Menschen disperse nach einem Potenzgesetz Verteilung über Entfernungen von bis zu hundert Kilometer und exponentiell auch längere Distanzen .

In Zukunft plant er, sein Modell immer realistischer zu machen, zuerst durch den Einbau von Netzwerken , die reale Welt zu imitieren , wo die Menschen nicht nach dem Zufallsprinzip zu springen , sondern muss durch Drehkreuze oder Bahnhöfen reisen. Hallatschek hofft auch, sein Modell unter Verwendung von Daten auf den sich entwickelnden Genomsequenzen von Krankheitserregern zu testen , wie sie zu verbreiten , die eine Maßnahme , wo und wann Satelliten- Ausbrüche auftreten.