COVID-19 パンデミック/将来予想

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コロナウイルス 将来予想

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パンデミック予測

COVID-19 三つのシナリオ予測

「どのシナリオになるかわからないが、今後数ヶ月は厳しい時期になるだろう。」 ミネソタ大学 疫学者マイケル・オスターホルム

クレスト&ディップ

今回の大流行を過ぎて、半分以下の小さな波がインフルエンザの流行季節と一致して続く。季節性は大きな抑制効果はなく、伝染性は夏には20%程度低下する。リモートワークやフェイスマスクなど、ソーシャルディスタンス政策は基本維持される。

シナリオ1

スペイン風邪パターンの再来

過去の歴史的なインフルエンザに従ったパターン。10月にやってくる巨大な第二波 多くの人が感染し、集団免疫に近づくかもしれない。第二波で医療システムはクラッシュする。

シナリオ2

最悪のグラウンドホッグデー

シナリオ3

現在の規模の大規模感染サイズが、繰り返される。経済的な負荷に社会が耐えられるかどうかについての問題が浮上する。

Covid-19's future: small outbreaks, monster wave, or ongoing crisis - STAT
Three scenarios for the future of Covid-19 differ on details, but all foresee a world that looks and feels nothing like the world of just three months ago.

 

医療崩壊を避けるには、おそらく2022年までの社会的距離政策が必要に。
今後5年間のCOVID-19疾患の総発生率は、今回のパンデミック後に、ウイルスが定期的に循環するかどうかに大きく依存。

これは、SARS-Cov2の免疫持続期間に主に依存する。

Projecting the transmission dynamics of SARS-CoV-2 through the postpandemic period
Four months into the severe acute respiratory syndrome–coronavirus 2 (SARS-CoV-2) outbreak, we still do not know enough about postrecovery immune protection and...

最も高いシナリオ

「圧倒的に最も可能性の高いシナリオは、比較的短い期間でウイルスが拡散し続け、世界の人口の大部分に感染するというものだ。」と世界保健機関のSARS研究と疫学部門を率いるクラウス・ストーアは述べた。

「その後、ウイルスは人類の中で広がり続け、おそらく永遠に続くだろう」

一般的に軽度のヒトコロナウイルス4種と同様に、SARS-CoV-2は常に循環しており、主に軽度の上気道感染症を引き起こす。
そのため、ワクチンは必要ないだろう、とも彼は述べている。

多くの科学者は、過去のコロナウイルスがSARS-CoV-2と同じくらいの毒性だったかどうかについては、判断を保留している。

人々は、「他のコロナウイルスは恐ろしいものだったが穏やかなものになった」と考えたがる。

それは、現在の状況を楽観的に考えることができるが、証拠はまだない。

Profile of a killer: the complex biology powering the coronavirus pandemic
Scientists are piecing together how SARS-CoV-2 operates, where it came from and what it might do next — but pressing questions remain about the source of COVID-...
潜在的な世界的死亡率の再検討

明らかに、このパンデミックは、5,000万人以上が死亡し、世界中で5億人以上の感染症を引き起こした1918年のインフルエンザ・パンデミックと同じくらい深刻な死亡率になる可能性がある。

COVID-19 and potential global mortality - Revisited

COVID-19 パーフェクト・ストームの肖像

Coronavirus disease 2019 (COVID-19): the portrait of a perfect storm - Lippi - Annals of Translational Medicine
Coronavirus disease 2019 (COVID-19): the portrait of a perfect storm

一部の政策立案者を含む多くの人々は、このパンデミックを過小評価している。SARS-CoV-2に感染する可能性のある人の数を計算すると、死亡者数は第二次世界大戦中に記録された死亡者数に近いものになる可能性があると推定できる。

最大15%の患者が重症化(すなわち少なくとも人工呼吸器のサポートが必要)し、全症例の5%近くが重症化して集中治療を必要とするようになる。ここでも、インフルエンザと同数の感染者がいると仮定すると、理論的には世界で約2億800万人が機械的な換気サポートを必要とし、約6,900万人が集中治療室(ICU)への入院を必要とすることとになる。

このような数字に到達することがないことを切に願っているが、効果的な感染制御に基づく最良のシナリオであっても、COVID-19は、十分な資源と人員がある国や地域であっても、多くのクリティカルケア施設に劇的な負担をかけ続けていることが明らかになっている。

ウイルス

変異しやすくなったコロナウイルス

科学者たちは、現在のコロナウイルスの優勢な株は、元のコロナウイルスよりも伝染性が高いかもしれないと述べた。科学者によると、このコロナウイルスは突然変異を起こし、より伝染性が高くなっているという。

ロスアラモス国立研究所の科学者が率いる新しい研究によると、科学者は、世界的に支配的になっている現在のCOVID-19ウイルスの新しい株が、 パンデミックの初期に広がったバージョンよりも伝染性が高いようであることを確認した。

新しい株は2月にヨーロッパで登場し、米国の東海岸に急速に移行し、3月中旬以来、世界中で支配的な株となっている、と科学者たちは報告した。

より速く広がることに加えて、すでに感染した人々がの2 回目の感染に対して脆弱にしてしまう可能性があると報告書において警告した。この研究は主に以前の株の遺伝子配列に基づいており、COVID-19 ワクチンや治療法に取り組んでいる科学者の努力は、新しい株に対しては有効ではないかもしれない。

コロナウイルスと戦うためのワクチンや薬に取り組んでいる主要な組織の科学者は、COVID-19ウイルスは安定しており、毎年新しいワクチンを必要とするインフルエンザウイルスのように突然変異する可能性がないという最初の証拠に基づいた希望をもっている。ロスアラモスの報告書は、その仮定を覆す可能性がある。

報告書によると、新型株が出現した多くの場所では、中国の武漢から出てきた以前の株よりもはるかに多くの人に急速に感染し、数週間以内に一部の国で流行していた唯一の株になったという。報告書によると、新型株が以前の株を凌駕していることから、より感染力が強いことが示唆されているが、その正確な理由はまだわかっていないとのことである。

新しい株が他の株よりも危険ではなかったとしても、パンデミックを制御下に置く努力を複雑にする可能性がある。

これは、突然変異によってウイルスが以前の株とは大きく異なるものになった場合に問題となり、そのウイルスに免疫を持っている人が新しい株に免疫を持たなくなる可能性がある。もしそうであれば、「二次感染しやすい人」になる可能性がある、と研究の著者たちは書いている。

超党派であり公益医療センターの元FDA副委員長であるピーターピッツは、突然変異の出現は驚くべきことではないが、それは社会的分離やその他の措置を通じた国民の保護の緊急性が高まってくる。と述べた。

「それは我々が狡猾なウイルスに直面していることを明白に意味している 」と彼は言った。

Scientists say a now-dominant strain of the coronavirus could be more contagious than original
A mutation in the novel coronavirus has led to a new strain viewed as more contagious than the virus that emerged from China, according to a new study.

抗ウイルス薬によるウイルス変異

様々な抗ウイルス薬の組み合わせが広範に使用されており、これらはウイルスの連続的な突然変異を引き起こす可能性がある。
 
抗ウイルス剤や免疫療法など、効果的な薬剤設計や治療法の選択肢を残すために、ウイルスの主要な変異やSNPに注目すべきである。
Overwhelming Mutations or SNPs of SARS-CoV-2: A Point of Caution

SARS-Cov2が生き残り続ける4つの基準

  1. ウイルスは致死率が低く、軽症感染と無症候性を中程度の潜伏期間内に宿主内で引き起こす能力がある。

  2. ウイルスは伝染性(R0> 2)(SARS-Cov2の現在の推定値は1.4~2.5)

  3. ウイルスは、既存の免疫を回避するための安定した突然変異率を持っている。(再感染によって変異ウイルスの拡散を可能にする可能性がある)

  4. ウイルスは、プライマリホスト以外にリザーバーを持っている、またはプライマリホストでの潜伏期間がある。

Bedfordの分析による最近の推定では、SARS-CoV-2とRaTG13が25〜65年前に共通の祖先に由来することが予測された。[R] これらの観察結果は、SARS-CoV-2が人間の個体群に侵入する前の中間宿主または貯蔵所の存在を示している。

SARS-CoV-2による将来の大規模感染の可能性は、宿主免疫の寿命と変異ウイルスによる既存または既存の免疫の回避に依存する。

SARS-CoV-2感染で軽度または無症候性の個人からのウイルスの拡散が最も心配されることの一つである。この傾向が続く限り、ウイルスは個体群に定着する可能性があり、検疫によってウイルスの蔓延を阻止するのが非常に困難になる。

「ウイルスがすでにある免疫システムを利用して宿主への感染を引き起こす能力」は、循環系に定着するための最も重要な基準となる。

1918年のパンデミックインフルエンザ感染の場合、3回の波があり、2年間で5000万人以上が死亡し、2回目の波が最も壊滅的であった。

1918年のインフルエンザパンデミックの最初の波は、一般的なインフルエンザの流行に似ていた。最も危険にさらされているのは弱者と高齢者であったが、若くて健康な人への影響は、現在の形のCOVID-19に明らかに類似する。

SARS-CoV-2の新たな遺伝的多様性
すべての大陸で異なるウイルス株が複数導入されているようである。
 
ORF1ab、スパイク、ORF3aおよびEは、変異しやすい重要なタンパク質。
 
SARS-Cov2の系統解析から、現時点で少なくとも5つの異なるクレードが循環している。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1567134820301611

ウイルスと宿主の関係

宿主とウイルスの闘い

A tug-of-war between severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 and host antiviral defence: lessons from other pathogenic viruses
World Health Organization has declared the ongoing outbreak of coronavirus disease 2019 (COVID-19) a Public Health Emergency of International Concern. The virus...

ウイルスの宿主は進化を通じて選択される。この選択と長期間にわたる相互適応の結果として、それらは通常、非病原性になるか、またはネイティブの宿主に非常に軽い疾患を引き起こす。

SARS-CoV-2などの動物のCoVが人間などの新しいホストに入ると、適応の新しいラウンドが始まり、病気の重症度は大幅に増加する。

その結果は、主にウイルスと宿主の抗ウイルス防御の相互作用によって決定される。

長年の共進化を通じて、この綱引きは最終的に、ウイルスとホストが平和に、または相互利益のために共存するという結びつきまたはバランスに到達する。

生き残り続けるウイルス 2つのシナリオ

SARS-CoV-2 will continue to circulate in the human population: an opinion from the point of view of the virus-host relationship
At the population level, the virus-host relationship is not set up to end with the complete elimination of either or both. Pathogen-resistant individuals will a...

ウイルスと宿主の関係は、どちらか、または両方が完全に排除されるようには設計されていない。病原菌耐性のある個体は常に宿主集団に残る。

近い将来に同時に発生するシナリオは2つしかない。ウイルスに遺伝的に耐性がある人は病気になり、回復し、免疫を発達させるが、ウイルスに敏感な人は薬物とワクチンを必要とする。回復するには、研究と開発が必要となる。

多発性硬化症

また、コロナウイルス感染が多発性硬化症に関与している可能性があるという説も注目に値する。

マウスコロナウイルスであるマウス肝炎ウイルスは、一般的なヒトコロナウイルスHCoV-OC43の近親者であり、齧歯類の中枢神経系で多発性硬化症様脱髄疾患を引き起こすことが知られている。

ヒトコロナウイルス、特にHCoV-OC43が消化器疾患に関与している可能性を示唆する研究もある。コロナウイルスは便サンプルから検出され、HCoV-OC43に向けられた抗体は、小児の胃腸炎でより頻繁に観察されている。。このように、COVID-19から回復した人の将来の健康は、合併症を伴う可能性がある。

寄生虫・変異体・個体数の減少

自然界では、宿主生物の数は、ウイルスを含む寄生虫によって調節されていることに留意すべきである。

アウトブレイクは最終的には人口減少に置き換わる(コルモゴロフモデルの一例としてLotka-Volterra方程式系)。

変異体だけでなく、多数の子孫が形成されるウイルス生存のR戦略を考える必要がある。ロトカ=ヴォルテラ方程式に基づいて、ウイルスの作用によってヒトの個体数が減少すると、遅れてウイルス全体の個体数も減少する。

このように、ヒトの個体数が減少する段階では、大多数の個体がその時点で存在するウイルス株に適応した遺伝子型を持っていることになる。

「医療用医薬品-ウイルス」システムの進化

このような状況下では、ヒトの個体数を抑制することができるウイルスの遺伝子型が再び顕著に現れるまで、ヒトの個体数は増加し始める。薬はそれ自体では変化しないことを除けば、同じ推論が「医療用医薬品-ウイルス」システムにも適用できる。

したがって、ウイルスに敏感な人の命を救うためには、新種のウイルスや新種のウイルスにも対応できるように開発された新薬で常にウイルスをコントロールしていく必要がある。

 

ウイルスと宿主の短期的な関係は、常にダーウィンの微進化の結果であることを理解しなければならない。ウイルスとの戦いで死なない個体は、時間の経過とともにウイルスに対してより抵抗力のある世代を形成する。

ウイルスはこれらの個体の中で繁殖し続けるが、彼らに大きな危険をもたらすことはない。一方で、人類はウイルスに対抗する薬を発明し、ダーウィンの微進化の進行を遅らせることができ、そうでなければ治療せずに死んでしまうかもしれない人たちの命を救うことができる。

ウイルスの循環と個体の死

COVID-19の患者が治療に成功したり回復したりした後、再びこのウイルスの他の株に重症化してしまうのか?今のところ保証はないが、ウイルスが循環し続け、最も感染しやすい人々を殺すことは明らかだ。

これまでに蓄積された事実に基づいて、新しいコロナウイルスはより攻撃的ではあるが、SARS-CoVやMERS-CoVのような高い死亡率を持っていないことは明らかである。

人類は間違いなく生き残る。薬やワクチンによって、ウイルスに敏感な一部の人々の命は救われるだろう。生殖可能な年齢の人の死亡は、徐々に次の世代の人たちがこのウイルスに抵抗力を持つようになるだろう。

これが、スペイン風邪(H1N1亜型)のパンデミックが長続きしなかった大きな理由の一つである。遺伝的にウイルスに耐性のある個体が生き残り、次のウイルス耐性世代を形成した。

公表された研究では、ある地域の人口の20~40%がH1N1ウイルスに感染しているため、ある程度の防御免疫を持っていることが示されている。

我々の考えでは、SARS-CoV-2の高い伝染性と、コロナウイルスが宿主生物に長期間持続する能力により、COVID-19ウイルスは、再び新たなパンデミックの波が起こると思われる2020年秋まで、ヒト集団内で循環し続けることが可能である。

季節性インフルエンザ

最も可能性の高い結果は、この新しいコロナウイルス(HCoV-229E、-OC43、-HKU1、および-NL63を含む、他の4つのよく知られた非重症急性呼吸器症候群(nonSARS)関連ヒトコロナウイルス(HCoV)で発生したように)が、感染率が高く、死亡率が非常に低い季節性インフルエンザウイルスの次の場所を占めることである。

近い将来、あなたの医者は日常的に「コビドール」のようなものを処方し、近日中に回復する可能性が高いと言うだろう。

興味深いことに、非SARSのHCoV-NL63とHCoV-HKU1が発見された後、いくつかのグループが異なる国でこれらのウイルスによる感染を報告し、これらのウイルスが世界中に広がっていることを示している。これらのウイルスは急性呼吸器感染症患者の1~10%で検出され、他の呼吸器ウイルスとの二重感染が一般的である。

7つの組み換え領域

特筆すべきは、SARS-CoV-2の近縁種であるSARS-CoVについては、SARS-CoVゲノムのレプリケート領域およびスパイクコード領域に少なくとも7つの組換えの可能性のある領域があるという証拠があり、組換え相手としては、豚伝染性下痢ウイルス(PEDV)、感染性胃腸炎ウイルス(TGEV)、牛コロナウイルス(BCoV)、HCoV-229E、MHV、およびIBVが含まれる可能性がある。

ヒトコロナウイルスHCoV-NL63を対象とした同様の研究では、HCoV-NL63が数百年の歳月をかけて近親者から複数回の組み換えによって生じたことが明らかになっている。

このように、SARS-CoV-2は、複数の組換えイベントを経て、SARSに関連しないヒトHCoVの新株によって引き起こされる呼吸器疾患の大発生を引き起こす可能性がある。

Covid-19の発生に適用されたカオス理論

Chaos theory applied to the outbreak of COVID-19: an ancillary approach to decision making in pandemic context. - PubMed - NCBI
Epidemiol Infect. 2020 May 8;148:e95. doi: 10.1017/S0950268820000990.
パンデミック状況における意思決定への補助的アプローチ

考察 本研究で検討した各国の対策の分析から、対策が講じられた伝染病レベルと、その影響がどの程度深刻であったかとの間に明確な関係があることがわかった。

ベストケースのシナリオを特定するのはまだ早いが、反応が早ければ早いほど、劇的ではないシナリオの道を歩む可能性が高い。

 

いくつかの行動については、具体的な意見が必要である。イランでは、中程度のシナリオに分類されているにもかかわらず、制御手段が適用されたレベルの制御Cと制御Dは、他のすべての国よりもはるかに大きくなっていることがわかる。

このような矛盾は、この国では発生に関する情報が乏しく、透明性が低いために説明が難しい。ベルギーでは早期に対策が講じられていたにもかかわらず、流行の広がりが、この国の感染者数を大幅に上回っている。

症例数ではイタリアのシナリオを上回っている。これは、一部の人々による抑制策の尊重が不十分であることに起因する可能性が高い。

最後に、米国での対策のばらつきが大きいことから、特にニューヨークでは流行開始が比較的早く、カリフォルニアでは流行開始が比較的遅かったことから、流行への取り組みに地理的な違いが見て取れる。

 

現在はまだ流行が始まったばかりであるため、今後、状況はより深刻なシナリオへと変化していく可能性が高いと考えられる。 これらの結果をより詳細に分析するには、各国間の対策実施に影響を与える社会文化的要因の社会学的分析も含めて、実施形態(国による取締りとボランティアによる取締り)の違いが病気の進化に与える影響をより深く理解する必要がある。

現段階では、ボランティア活動のみに基づいた対策は、韓国ではほとんどの場合、流行の抑制には効果的であったが、日本では再燃を回避するには不十分であり、オランダと英国では全く効果がなかったように思われる。

また、州レベルで早期に確立された対策は、その対策が大多数の人々に尊重されていない場合には十分ではないことを示している。

 

この2週間で、ヨーロッパでは、最も関連性の高いシナリオが、比較的軽い状況から始まり、後に段階的に確認されたより深刻なシナリオへと急速に展開している。

イタリアは湖北省の状況を大きく上回り、さらに厳しいシナリオへと発展している。スペインとベルギーもイタリアのシナリオを超えた。彼らは、フランスとオランダに密接に追随している。イギリスもすでに到達しており、今後数日のうちに追い越す可能性がある。

 

今回の結果から生じる重要な問題の一つは、適用可能な規模である。 中国の規模で得られたモデルは、ほとんどがより小規模な規模(湖北、特に武漢)での貢献に基づいているため、イタリアにも比較的よく適用できることがわかった(人口繰り込みを行わない場合でも)。

このモデルでシミュレートされた一日の死亡者数は、イタリアの観測値を大きく上回り、ますます増加していることから、このモデルが、さらに小規模な、州内のスケールで特徴的なものであることを示している。

実際、湖北省の患者数と死亡者数のほとんどは、実際には武漢地区で発生している。武漢での厳しい-一般化された-対策によって、疫病は地理的にも周 辺化されているため、中国のモデルは、イタリアのロンバルディア州(~1,000 万人)や米国のニューヨーク市(~580 万人)、ロサンゼルス市(~1,000 万人)のような地域に匹敵する。非常に小規模な都市/郊外の規模(~1,100 万人)をより代表するものとなっている。

もちろん、このモデルは、地理的規模だけに頼ることはできないが、それが早期に厳しく制御されて得られた条件にも依存する。

このようなシビアなシナリオは、ストリンジェントな制御の下では郊外スケールでも発生した。このような制御がなければ、この規模でもシナリオはもっと悪くなる可能性がある。

したがって、中国で実施されたものと同様の厳格な対策が、特定のターゲットにのみ焦点を当てて実施されたとしても、湖北シナリオのタイプの発展を他の場所で防ぐことはできないかもしれません。制御がなければ、このタイプのシナリオのいくつかは、州内規模で発生する可能性がある。

 

ここで得られたシナリオは経験的なシナリオである。これらのシナリオは、現在の流行状況と他の場所での流行状況を比較したものであり、病気の伝播に対抗するために取られた対策を明確に考慮していない。

この意味で、これらのシナリオによって提供される予測は、動的に同等の対策が講じられている場合にのみ有効である(異なる対策が異なる場合でも、疫学的曲線に同様の影響を及ぼす可能性があるため)

 

本研究の16カ国で実際に観察されたのは、すべてのヨーロッパのシナリオが、比較的軽い(黒龍江~浙江)から中等度(韓国のシナリオ)、そして比較的厳しい(湖北)状況、さらにははるかに厳しい(イタリアのシナリオ)へと急速に進化しているということである。

このように、欧州では、国レベルで複数の厳しい湖北タイプのシナリオが存在し、ほとんどのケースでそれをはるかに超える可能性がある状況に達している。中国で観測されたダイナミックな動きは、前に説明したように、主に 郊外の規模を代表するものであるため、いくつかの国では、国境内で複数の厳しい武漢の シナリオが発生している(イタリア、スペイン、フランスなど)。

 

この数週間の推移を見ると、米国も同様に軽度のシナリオから重度のシナリオへと変化していることがわかる。 イタリアのモデルでは、この国での流行の減少段階を予測することができた。

5月までには、1日あたりの新規感染者数が100人以下になると予測されている。しかし、この閾値を下回ることは非常に困難である。

実際、対策がより早く、より効果的であった韓国でさえ、1日あたりの新規患者数が50人を下回る閾値に到達したのは、ごく最近のことである。この段階に到達した後は、新たなクラスターの再起動を避けるために、隔離から出る前に具体的な対策が必要になる。

 

それにもかかわらず、ヨーロッパの道は最悪のシナリオではないかもしれない。郊外規模(人口100万人から1000万人)での様々なアウトブレイクを比較すると、ある場所から別の場所へと極端に異なることがわかるが、軟弱な隔離の下では、イタリア、スペイン、フランスで観察された状況はさらに悪化したであろう。

実際、ロックダウンが遅れて比較的軽かったニューヨーク州の4都市(ニューヨーク市、ナッソー、サフォーク、ウェストチェスター)で観察された状況は、明らかに他の場所で観察されたものよりもはるかに悪化している。

 

イタリア北部(ロンバルディア州、ヴェネト州、エミリア=ロマーニャ州、ピエモンテ州)、韓国の大邱市、武漢市での行動。これらの行動は、このような規模では、米国では遅発性の閉じ込めがヨーロッパで観測されたものよりも悪いシナリオにつながる可能性があることを明確に示している。

今回の分析では、グローバル・モデリング・アプローチが、他のアプローチと組み合わせて、意思決定者が防除対策の効率性を監視したり、様々なスケールでの発生範囲を予測したりするのに有用であることが示された。

特に、緩和を確実にし、できれば病気の根絶を確実にするために必要な場合には、より古典的なモデリングアプローチを適応させるために使用することができる。

この研究は、世界の他の地域、特にアフリカや東南アジアなどの低・中所得国の意思決定者に情報を提供するためにも利用されている。

SARS-Cov2ウイルスが永続化する概念モデル

ヒト糞便からのSARS-Cov2ウイルス排出→排水処理システム→自然の水生環境へ排出→新規コロナウイルスが新たな野生動物の宿主に波及する可能性を支持する証拠。

潜在的なリザーバー宿主は野生の猫とイタチ

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720328758

T細胞の長期的免疫保護

過去のコロナウイルス患者で発見されたT細胞は長期的な免疫力に良い影響を与えていることがわかった。病気の重症度はT細胞の反応の強さに依存する。

COVID-19感染者で同じような長期的保護が得られるかはまだわからないが、期待ができる指標だ。

https://science.sciencemag.org/content/368/6493/809

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