空間的に構造化された集団における感染症の発生規模は、局所的な伝播と長距離分散のトレードオフが駆動している

Trade-off between local transmission and long-range dispersal drives infectious disease outbreak size in spatially structured populations.

• Elisa Benincà
• Thomas Hagenaars
• Gert Jan Boender
• Jan van de Kassteele
• Michiel van Boven

抄録

動かない宿主（植物や農場など）間での感染症の伝播は、宿主の空間分布と距離に依存した伝播確率に強く依存している。これらの要因間の相互作用はあまり理解されていないため、我々は空間プロセスと伝播モデルを用いて、伝染病の規模が宿主のクラスタリングと伝播の空間的範囲によってどのように形成されるかを調査した。その結果、与えられた程度のクラスタリングと個人レベルの感染力では、伝染が主に局所的なものであれば、導入後の流行の発生確率は一般的に高くなることがわかった。しかし、局所的な感染は新たなクラスターへの感染の移行を阻害する。その結果、伝搬範囲が中間的な場合には、感染の総数が最大となります。高度にクラスター化した集団では、感染動態は宿主のクラスター間の感染確率によって強く決定され、局所的なクラスターが感染の乗数として作用する。このような集団では、局所的な絶滅の確率、局所的なクラスター内の感染の最終的な大きさ、クラスター間の感染の伝播の確率を用いて、メタ集団モデルを用いることで、全体の流行規模の近似値が得られることがあることを示した。実際の事例として、オランダの養鶏場間での鳥インフルエンザ感染の事例を分析しています。

Transmission of infectious diseases between immobile hosts (e.g., plants, farms) is strongly dependent on the spatial distribution of hosts and the distance-dependent probability of transmission. As the interplay between these factors is poorly understood, we use spatial process and transmission modelling to investigate how epidemic size is shaped by host clustering and spatial range of transmission. We find that for a given degree of clustering and individual-level infectivity, the probability that an epidemic occurs after an introduction is generally higher if transmission is predominantly local. However, local transmission also impedes transfer of the infection to new clusters. A consequence is that the total number of infections is maximal if the range of transmission is intermediate. In highly clustered populations, the infection dynamics is strongly determined by the probability of transmission between clusters of hosts, whereby local clusters act as multiplier of infection. We show that in such populations, a metapopulation model sometimes provides a good approximation of the total epidemic size, using probabilities of local extinction, the final size of infections in local clusters, and probabilities of cluster-to-cluster transmission. As a real-world example we analyse the case of avian influenza transmission between poultry farms in the Netherlands.