Zusammenfassung Besorgniserregende Varianten (VOCs) des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2 ) waren die Hauptursachen für neue pandemische Wellen der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19). Um die epidemiologischen Merkmale der Variante besser zu verstehen, wenden wir hier ein Modellinferenzsystem an, um die Übertragungsdynamik von SARS-CoV-2 in Südafrika zu rekonstruieren, einem Land, das drei VOC-Pandemiewellen erlebt hat (d. h. Beta, Delta und Omicron BA.1). ) bis Februar 2022. Wir schätzen die wichtigsten epidemiologischen Mengen in jeder der neun Provinzen Südafrikas im Zeitraum März 2020 bis Februar 2022 und berücksichtigen dabei veränderte Erkennungsraten, Saisonalität der Infektion, nicht-pharmazeutische Interventionen und Impfungen. Die Modellvalidierung zeigt, dass die geschätzten zugrunde liegenden Infektionsraten und Schlüsselparameter (z. B. Infektionserkennungsrate und Infektionssterblichkeitsrisiko) mit unabhängigen epidemiologischen Daten und Forschungsergebnissen übereinstimmen. Darüber hinaus erfassen Hindcasts Pandemieverläufe über den Modelltrainingszeitraum hinaus. Diese detaillierten und validierten Modellinferenzschätzungen ermöglichen die Quantifizierung sowohl des Immunerosionspotenzials als auch der Übertragbarkeit der drei wichtigsten VOCs von SARS-CoV-2, d. h. Beta, Delta und Omicron BA.1. Diese Erkenntnisse tragen dazu bei, die sich verändernde Dynamik von COVID-19 zu verdeutlichen und als Grundlage für die zukünftige öffentliche Gesundheitsplanung zu dienen. |
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Ein Modell der COVID-19-Dynamik in Südafrika zeigt die epidemiologischen Merkmale der wichtigsten besorgniserregenden SARS-CoV-2-Varianten und verdeutlicht ihr Potenzial, neue Ausbrüche auszulösen.
Ihre Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit einer proaktiveren Planung und Vorbereitung für zukünftige besorgniserregende Varianten (VOC), einschließlich der Entwicklung eines universellen Impfstoffs, der eine SARS-CoV-2-Infektion blockieren und schwere Erkrankungen verhindern kann.
Wie viele andere Orte hatte auch Südafrika bis Februar 2022 vier verschiedene Pandemiewellen erlebt, die durch das ursprüngliche (oder angestammte) SARS-CoV-2-Virus und drei VOCs verursacht wurden: Beta, Delta und Omicron.
„Diese wiederholten Pandemiewellen wurden durch neue VOCs vorangetrieben, die die vorherige Immunität durch Infektion oder Impfung untergraben, die Übertragbarkeit erhöhen oder eine Kombination aus beidem“, erklärt Studienautor Wan Yang, Assistenzprofessor für Epidemiologie an der Mailman School of Public Health. von der Columbia University, New York, USA. „Obwohl Labor- und Feldstudien Informationen über epidemiologische Variantenvarianten liefern, ist die Quantifizierung des Ausmaßes der Immunerosion und der Veränderungen der Übertragbarkeit für jede VOC eine Herausforderung.“
Um die Eigenschaften verschiedener VOCs von COVID-19 besser zu verstehen, entwickelte das Team ein mathematisches Modell, das wöchentliche Fall- und Todesdaten aus neun südafrikanischen Provinzen von März 2020 bis Ende Februar 2022 nutzte, um die Übertragungsdynamik des SARS-CoV zu rekonstruieren -2.
Sie validierten ihr Modell anhand von drei unabhängigen Datensätzen und stellten fest, dass die geschätzten kumulativen Infektionsraten im Laufe der Zeit in etwa mit den serologischen Daten übereinstimmten und die geschätzte Anzahl der Infektionen mit der Anzahl der Krankenhauseinweisungen für alle vier Pandemiewellen übereinstimmte, die durch die angestammten Varianten Beta und Delta verursacht wurden und Omikron. Die modellierten Infektionszahlen stimmten auch mit den Sterblichkeitsraten der Ancestral-, Beta- und Delta-Wellen überein, bei Omicron jedoch weniger, da in diesem Stadium frühere Infektionen und Impfungen die Zahl der Infizierten mit tödlichem Ausgang verringerten.
Anhand von Daten, die zur Zeit der neuen Varianten Delta und Omicron entstanden, war das Modell auch in der Lage, die Delta- und Omicron-Wellen vor dem realen Anstieg der durch diese VOCs verursachten Fälle und Todesfälle rückwirkend vorherzusagen. Das Team stellte fest, dass das Modell die verbleibende Entwicklung der Fälle und Todesfälle in den meisten der neun Provinzen genau vorhersagte.
Nach der Validierung ihres Modells schätzten sie damit die epidemiologischen Merkmale jeder VOC ab, darunter Infektionserkennungsraten, Infektionssterblichkeitsraten, Anfälligkeit und Übertragbarkeit der Bevölkerung, und verglichen diese Dynamik über die Provinzen hinweg. Diese „Modellinferenzschätzungen“ wurden dann verwendet, um die Immunerosion und die erhöhte Übertragbarkeit für jede VOC zu quantifizieren.
Sie fanden heraus, dass die Beta-Variante die Immunität bei etwa 65 % der Menschen, die zuvor mit dem angestammten SARS-CoV-2 infiziert waren, untergrub und 35 % übertragbarer war als das ursprüngliche Virus. Dieser Befund wurde durch die Erfahrung zuvor infizierter Teilnehmer in einem der Impfstoffversuche gestützt, die eine ähnliche Anfälligkeit für die Beta-Variante hatten wie diejenigen, die keine vorherige Infektion hatten.
Die Schätzungen für Delta schwankten zwischen den Provinzen, aber insgesamt verringerte die Variante die Immunität gegenüber einer früheren Infektion oder Impfung um etwa 25 % und war 50 % übertragbarer. Dies steht im Einklang mit einer gemeldeten Reinfektionsrate von 27,5 %, die während der Delta-Welle in Delhi, Indien, beobachtet wurde.
Die Schätzungen für Omicron schließlich schwankten, wiesen aber immer wieder darauf hin, dass die bekannte Übertragbarkeit höher ist als bei früheren VOCs. Die Autoren schätzten, dass Omicron etwa 95 % übertragbarer war als das ursprüngliche SARS-CoV-2 und die Immunität um 55 % untergrub (frühere Infektionen und Impfungen).
Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass eine hohe vorherige Immunität gegen SARS-CoV-2 neue COVID-19-Ausbrüche nicht ausschließt, da weder eine frühere Infektion noch eine aktuelle Impfung die Infektion einer neuen Variante vollständig blockieren.
In den zwei Jahren seit Beginn der Pandemie sind mehrere besorgniserregende und interessante SARS-CoV-2-Varianten aufgetaucht, und es ist schwierig, die Häufigkeit und Richtung künftiger Virusmutationen vorherzusagen, insbesondere das Ausmaß der Immunerosion, Veränderungen der Übertragbarkeit und angeborener Krankheiten. sagen Yang und Co-Autor Jeffrey Shaman, Professor und Direktor des Klima- und Gesundheitsprogramms an der Mailman School of Public Health der Columbia University.
Sie fügen hinzu, dass VOCs mit Ausnahme von Alpha bisher zu einem gewissen Grad an Immunschwäche geführt haben und dass sich spätere VOCs wie Delta und Omicron genetisch stärker von früheren Varianten unterscheiden, wodurch sie trotz verschiedener vorheriger Expositionen und Impfungen eher in der Lage sind, eine erneute Infektion auszulösen. Angesichts dieses Musters schlagen die Autoren vor, dass dringend ein universeller Impfstoff benötigt wird, der eine SARS-CoV-2-Infektion blockieren und schwere Erkrankungen verhindern kann.
