Simple Science

最先端の科学をわかりやすく解説

# 健康科学# 公衆衛生・グローバルヘルス

移動データを使って病気の広がりを追跡する

ブラジルで感染症を早期に検出するために交通データを活用する。

― 1 分で読む


病気追跡における移動データ病気追跡における移動データ旅行パターンを使って病気の脅威を特定する
目次

新しいパンデミックを引き起こす可能性のある細菌を特定するのは、保健当局や科学者にとって大きな課題なんだ。彼らは環境、細菌の変化、天候、そして人々の行動など、多くの要素を考慮しなきゃいけない。早い段階でこれらの細菌を探す場所を見つけて、広がる前にそれをキャッチするシステムを整えることが重要。

最近は、旅行で世界がより繋がったことで新しいパンデミックのリスクが高まってる。2019年だけでも、全世界で約3900万回のフライトがあったんだ。ブラジルでは、その年に約139万回のバス移動があった。研究によれば、人の移動が感染症の拡散に大きな役割を果たしていることがわかっていて、理解を深めるためのデータもたくさんある。

新しい細菌を監視するために、保健当局は通常、臨床データや疫学データを見てる。また、動物から人間に病気が移るリスクが高い地域に注目してる。でも、研究をデザインしたりデータを集めたり、共有したり、どれくらいの頻度でサンプリングするかを決めることに関する大きなギャップがまだ残ってる。

多くの国では、病気を監視するためのネットワークを作っていて、特に2009年のH1N1パンデミックの後にインフルエンザに注力してる。例えば、ブラジルは2000年にインフルエンザ様疾患のための全国監視システムを始めたし、2009年のパンデミック以降、病院で重度の呼吸器疾患や死亡を報告することが義務付けられた。でも、これらのシステムにはまだ多くの課題があって、全ての地域を正しくカバーできてないし、便利さに基づいて監視ユニットを設置していることもある。

この研究は、ブラジルというとても大きな国での病気の発見や追跡の難しさを見てる。目標は、人の移動に関するデータと計算戦略を使って、病気のサンプリングに最適な場所を見つけること。こうすることで、公衆衛生への脅威を早期に察知して、それを広げないように対策を取れるんだ。モビリティデータを監視システムに使うことで、早期警戒システムを強化する新しい方法になる。

ブラジルの航空旅行パターン

ブラジルの交通に関するデータをたくさん集めたよ。2017年から2022年の間、平均で年間7990万人が飛行機に乗っていて、これは人口の約39.3%に相当する。航空旅行は春の終わりから夏にピークを迎えて、特に12月と1月が多い。COVID-19パンデミックの影響で、2020年は4870万人、2021年は3110万人と、乗客数が大幅に減少した。

空港がどこにあって、どのように使われるかを知ることは、病気がどのように広がるかを理解するためのキーなんだ。2017年から2023年の間に、ブラジルには運用中の空港が159都市あったけど、これは全都市数のほんの一部。ほとんどの州はアクティブな空港が5つ未満で、パラー州が例外的に多い。

ブラジルの南東部は航空旅行にとって最も重要なエリアで、入出国する乗客の半分以上を占めてる。他の地域、特に南部や中西部も役割があるけど、規模は小さい。北部や北東部は南部や互いに直接の接続が少ない。

ブラジルの道路と水の交通

航空旅行と同様に、道路と水の交通についても調べた。データによれば、ブラジルでは毎週約7860万人が陸と水で移動していて、これは人口の38.7%を表してる。水の交通は北部地域で特に一般的で、アマゾン州では顕著だよ。

アマゾナスでは、71%以上の移動が川の交通に頼っていて、他の州との強い繋がりを築いてる。でも、道路旅行に比べると、水の交通の全体的な影響は小さいんだ。

地域によって乗客の収容能力はバラバラで、北東部が40.2%でトップ、次が南東部と南部となってる。航空交通と同じように、北部や北東部は南部との接続が限られてるけど、お互いにはより絡み合ってる。

病気の広がりの経路

人々の移動に関するデータは、病気がどう広がるかを予測するのに役立つ。モビリティのパターンを評価することで、感染症の広がりを監視するための重要な都市を特定したよ。1391の都市をポテンシャルな病気伝播のハブとして分類したんだ。

そして、マナウス、レシーフ、リオデジャネイロ、サンパウロの4つの主要都市から新しい細菌が広がるシミュレーションをした。サンパウロはマナウスから病原体が広がり始めると、最初に感染することが多いって分析結果が出たよ。これは、サンパウロが重要な感染伝播ポイントであることを示してる。

レシーフとリオデジャネイロも病気を広げる可能性があって、サンパウロが両方の中央ハブになっている。これは、サンパウロが新しい病気の発生を監視し、対応する上でどれだけ重要かを強調してる。

重要な警戒都市の特定

さまざまな都市から発信される病気の広がりの経路を見て、病原体を早期に検出する能力に基づいて都市をランク付けしたよ。このランクは、州レベルでの病気の広がりを監視する上で重要な都市を示してる。

アクレ州やアマゾナス州のような州では、早期病原体検出のために最も効果的な都市が特定されたよ。例えば、アクレ州ではリオブランコとクルゼイロ・ド・スルが主要な場所として挙げられ、アマゾナス州ではマナウスとテフェが重要な都市に浮上した。

リオデジャネイロでは、州都が新しい病原体を検出する重要なハブとなってる。他の多くの州と繋がっていて、ブラジルの病気監視ネットワークの重要な部分を形成してるんだ。

発見の検証

発見を確かめるために、ブラジルにおけるCOVID-19の早期広がりを調べて、ケースの起源を追った。パンデミックの初期には、サンパウロとリオデジャネイロで最初のケースが報告され、私たちの分析はこれらの都市が実際のウイルスの広がりとよく一致していることを確認した。

また、アマゾナスにおけるガンマ(P.1)変異株の広がりも調べて、モデルを支持するさらなる証拠を得た。検出されたケースが、私たちが特定した病気の伝播経路に一致していることがわかった。

結論

人の移動は、病気の広がりにおいて重要な役割を果たしてる。この研究では、ブラジルの交通ネットワーク-航空、道路、水-が感染症の広がりに与える影響について見ている。私たちの発見は、特にリソースが不足している地域において、効果的な早期検出システムを整える必要性を強調してる。

公衆衛生当局には、州都だけでなく、病気の広がりの接続点となる他の都市も考慮することをお勧めするよ。私たちの分析は、ブラジルやその先の未来の病気のアウトブレイクを管理するための、より良い計画と対応戦略の基盤を提供している。

この研究には限界もあって、道路や水の交通に関する最近のデータが不足してるため、一部の発見の正確性に影響を及ぼすかもしれない。今後の研究では、データ収集の方法を改善したり、病気監視システムにより関連する要素を統合したりする必要があるね。

オリジナルソース

タイトル: Human mobility patterns to inform sampling sites for early pathogen detection and routes of spread: a network modeling and validation study

概要: BackgroundDetecting and foreseeing pathogen dispersion is crucial in preventing widespread disease transmission. Human mobility is a critical issue in human transmission of infectious agents. Through a mobility data-driven approach, we determined municipalities in Brazil that could make up an advanced sentinel network, allowing for early detection of circulating pathogens and their associated transmission routes. MethodsWe compiled a comprehensive dataset on intercity mobility spanning air, road, and waterway transport, and constructed a graph-based representation of Brazils mobility network. The Ford-Fulkerson algorithm, coupled with centrality measures, were employed to rank cities according to their suitability as sentinel hubs. FindingsOur results disentangle the complex transportation network of Brazil, with flights alone transporting 79{middle dot}9 million (CI 58{middle dot}3 to 10{middle dot}1 million) passengers annually during 2017-22, seasonal peaks occurring in late spring and summer, and roadways with a maximum capacity of 78{middle dot}3 million passengers weekly. We ranked the 5,570 Brazilian cities to offer flexibility in prioritizing locations for early pathogen detection through clinical sample collection. Our findings are validated by epidemiological and genetic data independently collected during the SARS-CoV-2 pandemic period. The mobility-based spread model defined here was able to recapitulate the actual dissemination patterns observed during the pandemic. By providing essential clues for effective pathogen surveillance, our results have the potential to inform public health policy and improve future pandemic response efforts. InterpretationOur results unlock the potential of designing country-wide clinical sample collection networks using data-informed approaches, an innovative practice that can improve current surveillance systems. FundingRockefeller Foundation grant 2023-PPI-007 awarded to MB-N. Research in contextO_ST_ABSEvidence before this studyC_ST_ABSWe searched PubMed on Jun 1, 2023, without language or date restrictions, for the following query: ("mobility network*" OR "transport* network*" OR "sentinel network*" OR "surveillance network*") AND "model*" AND "surveillance". The 469 search results were systematically evaluated, and we identified seven original research studies that applied modeling-based approaches to inform the placement, design, or layout of surveillance/sentinel networks. Of these seven studies, four aimed at optimizing the layout of networks for the monitoring of influenza-like illnesses (ILI), while the others aimed at detecting problems arising from the use of medicines based on pharmacy surveillance; detecting the reporting of common acute conditions through a sentinel network of general practitioners; and optimizing the surveillance strategy for plant pests (S. noctilio). Most studies employed maximum coverage algorithms that aim to maximize the protected population. Only a single study incorporated mobility patterns to inform the planning of site placement. Studies that involved ILI sentinel networks were geographically restricted to two United States states (Iowa and Texas), and only one study performed a comprehensive whole of United States modeling. Added value of this studyDespite the urgent need to improve the capacity and timeliness of clinical sample collection for public health surveillance, very few studies have tackled the design problem for optimal placement of these sampling sites, and even fewer have used large-scale mobility data to inform these design choices in an epidemiologically-relevant way. Our work contributes to this challenge by leveraging airline/roadway/fluvial mobility data for Brazil that, converted into a graph-based representation and using network metrics, allowed us to pinpoint an optimal layout strategy that could improve the current flu surveillance network of this country. Using data collected during the COVID-19 pandemic, we validated the transmission routes and pathways of SARS-CoV-2 spread, confirming that the mobility data-informed spread scenarios recapitulated the actual dissemination of the virus. Implications of all the available evidenceMobility data, coupled with network-centered approaches, can complement the identification of strategic locations for early pathogen detection and spread routes.

著者: Juliane Fonseca Oliveira, A. L. Alencar, M. C. L. S. Cunha, A. O. Vasconcelos, G. G. Cunha, R. B. Miranda, F. M. H. S. Filho, C. Silva, R. Khouri, T. Cerqueira-Silva, L. Landau, M. Barral-Netto, P. I. P. Ramos

最終更新: 2024-01-13 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.01.12.24301207

ソースPDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.01.12.24301207.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた medrxiv に感謝します。

著者たちからもっと読む

類似の記事

高エネルギー物理学-現象論ブーステッド決定木が異常検知でニューラルネットワークより優れてるよ

研究によると、ブーステッド決定木はノイズの多いデータ環境で異常検知に優れてるんだって。

― 1 分で読む