Science (США): почему некоторые больные covid-19 заражают многих, а большинство вирус вообще не передают?
10 марта в церкви в Маунт-Верноне, штат Вашингтон, собрался хор из 61 человек, и все вроде бы шло своим чередом. Два с половиной часа певчие пели, закусывали печеньем и апельсинами и снова пели. Но одного из них три дня знобило — потом оказалось, что у него covid-19. В ближайшие недели 53 заболели, трое попали в больницу и двое умерли. Об этом 12 мая сообщил Центр по контролю и профилактике заболеваний США, тщательно восстановив трагедию.
В США назвали виновного в пандемии
Всего же за пандемию covid-19 подобных «сверхраспространений» произошло немало. База данных Гвенан Найт (Gwenan Knight) и ее коллег из Лондонской школы гигиены и тропической медицины приводит в пример вспышку в общежитии для гастарбайтеров в Сингапуре (почти 800 заразившихся), концерт в японской Осаке (80 заразившихся) и занятия зумбой в Южной Корее (65 заразившихся). Кроме того, компактные вспышки отмечались в судах, домах престарелых, на мясокомбинатах, лыжных курортах, в церквях, ресторанах, больницах и тюрьмах. Иногда бывает, что один человек заражает десятки других, а другие очаги охватывают несколько поколений в разных местах.
Другие инфекционные заболевания тоже распространяются очагово. Число заболевших приближается к 5 миллионам, и можно было ждать крупных вспышек. Но SARS-CoV-2, как и его ближайшие родственники, тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС) и ближневосточный респираторный синдром (БРС) склонны избирательно атаковать некоторые группы, при этом странным образом щадя другие. Ученых эта новость обнадежила — предполагается, что, ограничив массовые скопления народа, удастся снизить риск сверхраспространения. Другие же ограничения, — например, на мероприятиях под открытым небом — наоборот, можно будет ослабить.
«Если можешь предсказать, какие именно обстоятельства приводят к такому развитию событий, математика подсказывает, что распространение болезни удастся быстро ограничить», — говорит Джейми Ллойд-Смит (Jamie Lloyd-Smith) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Он исследует распространение патогенных микроорганизмов. Случаи сверхраспространения остаются малоизученными — тема это щекотливая, и есть риск, что от находок у пациентов может развиться подавленность и страх дискриминации.
Споры, как распространяется SARS-CoV-2, замешан на том, скольких человек заражает средний больной. Без изоляции и мер социального дистанцирования это репродуктивное число (R) составляет порядка трех. Но в реальной жизни выходит так, что одни заражают многих, а другие вообще не распространяют болезнь.
На самом деле чаще встречается второй вариант, говорит Ллойд-Смит: «Повсеместно наблюдается одна и та же модель: чаще всего R равно нулю. То есть большинство заболевших попросту не передают инфекцию дальше».
Вот почему помимо R ученые оперируют таким параметром как коэффициент рассеяния (k), — он описывает количество очагов заболевания. Чем ниже k, тем чаще передача исходит от небольшого числа заболевших. В статье 2005 года в журнале «Нейчер» (Nature) Ллойд-Смит и соавторы подсчитали, что за эпидемию ТОРС, где значительную роль сыграло сверхраспространение, k составил 0,16. Расчетный k для эпидемии БРС 2012 года составил 0,25. Во время испанки 1918 года, однако, этот показатель достигал единицы, — что указывает на сравнительную небольшую роль отдельных очагов.
Оценки k для SARS-CoV-2 приводятся самые разные. В январе Жюльен Риу (Julien Riou) и Кристиан Альтхаус (Christian Althaus) из Университета Берна смоделировали эпидемию в Китае с различными сочетаниями R и k и сравнили полученные данные с реальностью. Они заключили, что k для Covid-19 несколько выше, чем для ТОРС и БРС. Похоже на правду, говорит разработчик моделей из Гонконгского университета Габриэль Лян (Gabriel Leung).
«Я тоже не думаю, что это похоже на ТОРС или БРС с их обширными очагами сверхраспространения, — говорит Лян. — Но все же мы видим немало концентрированных очагов, где значительную долю случаев можно свести к сравнительно небольшой группе людей».
Но в недавнем сигнальном экземпляре статьи Адам Кучарски (Adam Kucharski) из Лондонской школы гигиены и тропической медицины вывел, что k для covid-19 составляет всего 0,1.
«По всей видимости, где-то на 10% случаев приходится 80% всего распространения», — говорит Кучарски.
Это поможет прояснить самые загадочные стороны пандемии — например, почему появившийся в Китае вирус так долго не распространялся по окружающему миру, и почему первые случаи в других странах (а во Франции первые больные появились еще в конце декабря 2019 года) не привели к более масштабной вспышке. Кучарски говорит, что если k действительно равен 0,1, то большинство цепочек инфекции вымирают сами по себе и, чтобы иметь хоть какой-то шанс зацепиться, вирус должен проникнуть в страну незаметно по меньшей мере четырежды. Если представить себе, что китайская эпидемия — это мощный пожар, чьи искры разлетелись по всему миру, то большинство из них попросту потухло.
Почему коронавирусы больше других патогенов склонны к очаговости — действительно интересный вопрос, причем открытый, говорит Кристоф Фрейзер (Christophe Fraser) из Оксфордского университета. Он изучал распространение вируса Эбола и ВИЧ и полагает, что в их случае одним из факторов может быть способ передачи. SARS-CoV-2 же, по-видимому, передается в основном воздушно-капельным путем, но иногда распространяется и через более мелкие аэрозоли, чья взвесь дольше висит в воздухе, — вот и получается, что один человек заражает многих. Фрейзер полагает, что большинство опубликованных случаев очагового заражения намекает на аэрозольную передачу.
Свою роль играют и индивидуальные особенности больных. Некоторые люди выделяют гораздо больше вирусов и гораздо дольше — предположительно из-за различий в иммунной системе или распределении вирусных рецепторов в организме. В 2019 году исследование здоровых людей показало, что одни выдыхают гораздо больше частиц, чем другие. (Отчасти этот момент объясняется громкостью разговора). При пении вируса выделяется больше, чем при разговоре, — и это объясняет вспышки среди певчих. Сказывается и поведение людей. Вероятность передачи повышается при большом количестве контактов и нетщательном мытье рук.
Ближе всего ученые подошли к пониманию того, где возникновение очагов covid-19 всего вероятнее.
«Очевидно, что в закрытых помещениях риск гораздо выше, чем на свежем воздухе», — говорит Альтхаус.
Китайские исследователи, изучая распространение коронавируса за пределами эпицентра пандемии провинции Хубэй, выявили за период с 4 января по 11 февраля 318 очагов из трех или более случаев, причем на открытом воздухе произошел всего один. Японское исследование показало, что риск заражения в помещении почти в 19 раз выше, чем на открытом воздухе. (Япония пострадала еще на ранней стадии пандемии, но смогла удержать вспышку под контролем, явно пытаясь избежать очаговости, в частности, гражданам рекомендовали избегать закрытых пространств и массовых скоплений людей).
Некоторые ситуации особенно рискованны. Например, работа на мясокомбинате: во-первых, люди работают накоротке, а во-вторых, при низкой температуре вирус лучше выживает. Еще можно предположить, что некий риск сопряжен с повышенной громкостью, говорит Найт. После вспышки в вашингтонском хоре она осознала общий момент у целого ряда очагов — во всех случаях кричат или поют. И если на танцевальных тренировках зумбы вспышки отмечались, то на занятиях пилатесом — с гораздо меньшей интенсивностью — нет, подчеркивает Найт.
«Не исключено, что медленное и тихое дыхание уже не фактор риска, в отличие от тяжелого, быстрого и прерывистого — или крика».
Временные рамки тоже влияют. Новые данные говорят о том, что заболевшие сovid-19 наиболее заразны в течение короткого периода времени. По словам Кучарски, совпадение факторов риска в этот момент чревато сверхраспространением.
«Через пару дней все будет точно так же, но исход будет совершенно иной», — говорит Кучарски.
Страны, которым удалось снизить заражение до низкого уровня, должны быть особенно бдительны насчет сверхраспространителей, — это запросто перечеркнет все прошлые достижения. Так, в начале мая, когда Южная Корея ослабила правила социального дистанцирования, один мужчина, у которого впоследствии обнаружился коронавирус, побывал в нескольких сеульских клубах. Чиновники сбились с ног, отслеживая тысячи потенциальных контактов. Новых случаев заражения уже вскрылось порядка 170.
Если бы врачи знали, где конкретно возникнут очаги, говорит Кучарски, они попытались бы их предотвратить, избежав при этом масштабной изоляции и закрытий.
«Карантин — инструмент невероятно грубый, — говорит он. — По сути вы признаете: мы не знаем, где и как происходит передача, чтобы действовать точечно, поэтому закроем всё подряд».
Но изучать крупные очаги covid-19 сложнее, чем кажется. Многие страны не отслеживают контакты и не собирают необходимые данные. К тому же карантины оказались настолько эффективными, что лишили исследователей возможности изучать сверхраспространителей. (До карантина было где-то двухнедельное окно, когда можно было собрать хоть какие-то данные, отмечает Фрейзер).
Кроме того, нельзя исключать фактор предвзятости, говорит Найт. Люди охотнее запомнят баскетбольный матч, чем, например, поход в парикмахерскую. Это называется ошибка воспоминания, и из-за нее отдельные очаги могут показаться крупнее, чем в жизни. Общественно резонансные очаги, например, вспышки в тюрьмах — могут получить больше освещения в СМИ и привлечь таким образом внимание исследователей. При этом очаги бессимптомного заражения остаются вовсе незамеченными.
Еще одна проблема — это неприкосновенность частной жизни. Распутывая связи между пациентами в попытке выявить эпицентр очага, есть риск раскрыть личные данные. Так, в своем отчете о вспышке в хоре Центр по контролю и профилактике заболеваний США опустил карту, кто где сидел, хотя эти сведения могли бы пролить свет на источник заражения. Некоторые из клубов, которых коснулась южнокорейская вспышка, были для геев, — и это привело к всплеску гомофобских отношений и усложнило отслеживание контактов.
Фрейзер отслеживает передачу ВИЧ в Африке путем секвенирования вирусных изолятов. Он говорит, что это сложный компромисс, но успеха можно достичь, если тщательно все контролировать и поддерживать тесный контакт с сообществами, которых это касается. Эпидемиологи обязательно должны изучать очаги, говорит он: «С пониманием этих процессов улучшится инфекционный контроль — и вся наша жизнь».
Кай Купфершмидт — берлинский корреспондент журнала «Сайенс», молекулярный биолог.