数学はエボラ出血熱の封じ込めに役立つか?

数学はエボラ出血熱の封じ込めに役立つか?
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西アフリカで広がるエボラ出血熱の流行は、制御不能に陥りつつあるように見える。地域および世界の保健当局は、これまで以上に、流行がどのように進展するか、そして何よりもその拡大をどのように防ぐかを知りたいと考えている。その判断に役立つ指標の一つが、感染者1人が平均して何人に感染させるかを示す再生産数である。潜伏期間と感染性期間も非常に重要である。すなわち、感染から発症までの時間と、発症から病原体が体内から消失するまでの時間である。

現在のエボラ出血熱の流行では、記録された患者数などの公式データに基づくいくつかの推定値を用いてこれらの数値が導き出された。バーゼルにあるETHチューリッヒ(スイス連邦工科大学チューリッヒ校)のバイオシステム科学・工学部で計算進化論の教授を務めるタンヤ・スタドラー率いるチームは、同グループが開発した統計計算プログラムを用い、さまざまな患者の検体から得られたウイルスの遺伝子配列に基づいてこれらのパラメータを算出した。

未報告症例の増加

ウイルスの配列は、2014年5月から6月にかけて、隣国ギニアからエボラ出血熱の流行が国内に広がった後の最初の数週間に、シエラレオネの患者から採取された血液検体を用いて、米国、英国、シエラレオネの研究者によって取得された。スタドラーによれば、より新しい配列は現在公開されていないという。研究者らはこのデータから、ウイルスの再生産数を2.18と算出した。この値は、発生率と有病率に基づく従来の推定値(1.2から8.2の間)の範囲内にある。

「我々の手法の大きな利点は、未報告症例、すなわち流行の真の規模を算出できる点にある」とスタドラーは主張する。公式の患者数には、保健当局に報告された症例しか含まれない。実際の感染者数は一般に大幅に多い。利用可能となったデータを用いて、ETHの研究者らは、未報告症例率(血液検体が採取されなかった患者)を30%と算出することができた。「ただし、これは5月と6月にシエラレオネで分析された状況にのみ当てはまる。6月以降の血液検体は一切入手できていない」とスタドラーは述べる。

ウイルスの系統樹の作成

研究者らはまた、エボラ出血熱の潜伏期間(5日間。この値には大きな不確実性がある)と感染性期間を算出することもできた。患者は感染後1.2日から7日の間、ウイルスを他人にうつす可能性がある。

これらの数値を得るため、研究者らはウイルス検体の遺伝子配列に基づいて系統樹を作成した。「エボラウイルスは患者の体内で日々変化するため、ウイルスの配列は患者ごとにわずかに異なる」とスタドラーは説明する。異なる配列がわかったことで、研究者らは、過去のどの時点で患者間の感染が起きたかを特定することができた。これにより、疫学的パラメータを算出することができた。

すでにHIV検査を実施済み

これらの疫学的数値は、流行を封じ込める戦略を立て、その対策の効果を評価するうえで重要である。外出禁止令の発令もその一つの対策である。「外出禁止令が潜伏期間よりも長く続けば、エボラ症状を示し続けている人だけが病気の保菌者となる」とスタドラーは述べる。一方、再生産数は保健当局が用いる最も重要な指標の一つである。当局の最も差し迫った目標は、再生産数を1未満に引き下げることであり、それが達成されれば流行は封じ込められたことを意味する。

ETHの研究者らは、ここ数年の間にこれらの数値を算出するために用いるコンピュータプログラムを開発し、HIVおよびC型肝炎の患者から収集されたデータに適用してきた。流行の影響を受けている地域の厳しい状況にもかかわらず、現在流行しているエボラウイルスの新たな配列が入手可能になることを期待している。スタドラーは次のように述べる。「我々のプログラムは準備ができている。現在のエボラウイルスの配列にアクセスできれば、文字通り一夜にして流行の広がりを詳細に把握できるだろう。」

ETHチューリッヒとの共同により掲載: ETHチューリッヒ

著者:ファビオ・ベルガミンは、バーゼルとストラスブールで生物工学を学び、ベルン大学で免疫学の博士号を取得。

画像:2014年8月11日、ベルリンのシャリテ病院の感染症隔離病棟で、病棟医のトーマス・クロッツコウスキー氏と熱帯医学の医師フロリアン・シュタイナー氏(左)が防護服を着用している。REUTERS/Thomas Peter

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