新型コロナウイルス感染症の集団免疫に関する複雑な計算

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックについては依然として多くの不確実性が残っていますが、その終息はおそらく明らかです。それは、十分な数の人々が免疫を獲得し、ウイルスの蔓延が鈍化し始め（そして最終的には完全に終息する）、その時点で、ワクチンによるものであれ、感染によるものであれ、人々は「集団免疫」を獲得したことになります。

「免疫レベルが一定の閾値を超えると、感染させるほどの新たな感染者がいなくなるため、流行は終息し始めるだろう」とフロリダ大学のナタリー・ディーン氏は述べた。

新型コロナウイルス感染症の閾値を決定することは重要であるが、集団免疫が発動して免疫のない人々を守るためには、人口のどれくらいの人が免疫を持つ必要があるかを正確に計算するには、多くの微妙な要素が絡んでくる。

一見すると、とてもシンプルに思えます。必要なのは、感染者1人あたりの平均感染者数だけです。この値はR _{0 （「アール・ノート」と発音します）と呼ばれます。この値がわかれば、集団免疫閾値を計算する簡単な式、1 − 1/R 0}に当てはめることができます。

新型コロナウイルス感染症のR ₀が2.5だとすると、これは感染者1人あたり平均2.5人に感染させることを意味します（一般的な推定値）。この場合、新型コロナウイルス感染症の集団免疫閾値は0.6、つまり60%です。つまり、ウイルスは加速的に広がり、様々な地域を平均して人口の60%が免疫を獲得するまで続くということです。

その時点では、ウイルスはまだ蔓延しますが、そのペースは減速し、最終的には完全に止まります。アクセルから足を離した瞬間に車が止まらないのと同じように、集団免疫が達成された瞬間にウイルスが消滅するわけではありません。

「人口の60%が感染すれば、感染者数は減少し始めると考えられます。しかし、病気が終息に向かう一方で、さらに20%が感染する可能性もあります」と、オーストラリアのラ・トローブ大学のジョエル・ミラー氏は述べた。

この60％は、新たなウイルスの持ち込み（例えば、クルーズ船から下船した感染した乗客が集団免疫を持つ健全な港に入港するなど）が急速に消滅する閾値でもある。

「全く火事が起こらなくなるわけではないが、火災の発生は抑えられるだろう」とバージニア工科大学・州立大学のケイト・ラングウィグ氏は語った。

しかし、事態はすぐに複雑になります。集団免疫の閾値は、一人の感染者が実際に何人に感染させるかによって決まり、その数は場所によって異なる場合があります。アパートに住む平均的な感染者は、田舎に住む平均的な感染者よりもはるかに多くの人に感染させる可能性があります。したがって、新型コロナウイルス感染症のR ₀が2.5というのは、世界全体では妥当な数値かもしれませんが、地域レベルではほぼ確実に大きく異なり、平均すると場所によってはかなり高くなる一方、他の場所では低くなるでしょう。つまり、集団免疫の閾値も、場所によっては60%を超える場合もあれば、それより低くなる場合もあります。

_{「新型コロナウイルス感染症のデータと一致するR 0}の範囲は、多くの人が考えているよりも広いと思います」と、マサチューセッツ州内外の保健当局に助言してきたハーバード大学のマーク・リプシッチ氏は述べた。彼は、一部の都市部ではR 0 が全米平均の2倍以上になる可能性があることを示すデータを挙げた。

_{そして、R 0 が}静的な数値ではなく変数であることが判明したのと同様に、人々が免疫を獲得する方法も異なり、集団免疫閾値を計算する上で重要な意味を持ちます。

通常、研究者は集団免疫についてワクチン接種キャンペーンの文脈でのみ考えます。その多くは、誰もが同じように病気に感染し、感染を広げる可能性を前提としています。しかし、自然感染の場合、必ずしもそうではありません。社会行動の違いにより、一部の人々は他の人々よりも病気に感染しやすいのです。生物学的差異も、人々が感染する可能性に影響を与えます。

「私たちは生まれつきそれぞれ異なっており、異なる経験をするにつれて、その違いが蓄積されていきます」と、スコットランドのストラスクライド大学のガブリエラ・ゴメス氏は述べた。「これが、ウイルスと闘う能力に影響を与えるのです。」

疫学者はこうした変動を「感受性の不均一性」と呼び、ある人が感染する可能性を高めたり低くしたりする差異を意味します。

しかし、ワクチン接種キャンペーンには、これはあまりにも微妙なニュアンスが多すぎる。「ワクチンは、一般的に、人々がどれだけ多くの人と接触しているか、あるいはどれだけ感受性が高いかといったことを考慮して配分されるわけではありません。なぜなら、私たちはそれを知らないからです」と、イェール大学公衆衛生大学院のバージニア・ピッツァー氏は述べた。保健当局は、事実上、全員にワクチンを接種するという、最大限のアプローチをとっている。

しかし、ワクチンがすぐに入手できる保証のない進行中のパンデミックでは、感受性の異質性が病気の集団免疫閾値に実際的な影響を及ぼす。

場合によっては、閾値が引き上げられる可能性があります。これは、一般人口の平均よりも新型コロナウイルス感染症に感染しやすい可能性がある介護施設などの施設で当てはまる可能性があります。

しかし、より大きなスケールで見ると、異質性は集団免疫の閾値を低下させる傾向があります。ウイルスは当初、感受性の高い人々に感染し、急速に広がります。しかし、感染拡大を続けるには、感受性の低い人々へとウイルスを移動させる必要があります。これによりウイルスの拡散が困難になり、初期の感染拡大率から予想されるよりもゆっくりと流行が拡大します。

「最初の感染者は、まず最も感染しやすい人々に感染させる可能性が高く、感染の後半には感染しにくい人々に感染が広がるため、予想よりも早く感染が根絶される可能性がある」とリプシッチ氏は述べた。

異質性の推定

では、現在のパンデミックのように、野生で広がるウイルスの場合、集団免疫閾値はどのくらい低くなるのでしょうか?

標準的なモデルによれば、感染拡大を遅らせ、最終的に阻止するには、米国人口の約60%がCOVID-19のワクチン接種を受けるか、回復する必要がある。しかし、私が話を聞いた多くの専門家は、自然獲得免疫の集団免疫閾値はそれよりも低いのではないかと疑っている。

「私の推測では、その割合は40～50％の間になる可能性がある」とピッツァー氏は語った。

リプシッチ氏も同意する。「推測するなら、おそらく50パーセントくらいでしょう。」

これらは主に推測に過ぎません。なぜなら、ある人が他の人よりも感染しやすい要因を定量化するのは非常に難しいからです。例えば、どの程度ソーシャルディスタンスを保っているかなど、誰かに当てはまると思われる特徴の多くは、週ごとに変化する可能性があります。

「異質性の問題は、異質性の源泉が個人の長期的な特性である場合に限って成立します。バーにいることが異質性の源泉となるほど持続的ではないのです」とリプシッチ氏は述べた。

異質性の推定は難しいかもしれないが、集団免疫の閾値が実際に何なのかを決定する上で重要な要素でもある。ラングウィグ氏は、疫学界はそれを正しく理解するための十分な努力をしていないと考えている。

「集団免疫について、私たちは少しずさんな考えしか持っていませんでした」と彼女は述べた。「このばらつきは本当に重要であり、集団免疫の閾値についてより正確な判断をするよう注意を払う必要があります。」

最近のいくつかの論文は、この試みを試みている。6月、サイエンス誌は、ある程度の異質性を組み込んだ研究を発表し、広範な集団における新型コロナウイルス感染症の集団免疫閾値を43%と推定した。しかし、この研究の共著者の一人であるストックホルム大学のトム・ブリトン氏は、彼らのモデルでは考慮されていない異質性の要因が他にも存在すると考えている。

「むしろその差はもっと大きいと思うので、実際の集団免疫レベルは43％より少し小さいだろう」とブリトン氏は語った。

もう一つの新たな研究では、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）に対する感受性の違いを推定する異なるアプローチが採用され、集団免疫の閾値がさらに低くなっています。ゴメス氏とラングウィグ氏を含む10人の著者は、COVID-19に対する自然獲得集団免疫の閾値は人口の20%程度まで低下する可能性があると推定しています。もしそうだとすれば、世界で最も深刻な被害を受けた地域は、その閾値に近づいている可能性があります。

「マドリードのような最も影響を受けた地域は、集団免疫の獲得に近づいている可能性があるという結論に近づいています」とゴメス氏は述べた。論文の初期版は5月に掲載されており、著者らは現在改訂版の作成に取り組んでおり、近日中に公開される予定だ。改訂版には、スペイン、ポルトガル、ベルギー、イングランドの集団免疫の推定値が含まれる予定だ。

しかし多くの専門家は、これらの新しい研究（まだすべてが査読を受けているわけではない）は信頼できないと考えている。

ディーン氏は5月のTwitterスレッドで、この病気の基本的な側面（状況によって異なるR ₀値からソーシャルディスタンスの緩和の影響まで）には不確実性が多すぎるため、正確な集団免疫の閾値にあまり信頼を置くことはできないと強調した。多くの人がマスクを着用し、大規模な集会を避けている限り、閾値はある数値になる可能性があるが、人々が警戒を緩めれば、はるかに高い数値になる可能性がある。

他の疫学者も、この低い数値に懐疑的だ。コロンビア大学のジェフリー・シャーマン氏は、20%の集団免疫率は「他の呼吸器系ウイルスとは一致しない。インフルエンザとも一致しない。では、なぜある呼吸器系ウイルスと別のウイルスで異なる結果になるのか？理解できない」と述べた。

ミラー氏はさらに、「集団免疫の閾値（自然免疫の獲得率）は60％未満だと思うが、どこかがそれに近いという明確な証拠は見当たらない」と述べた。

結局のところ、新型コロナウイルス感染症のパンデミックから真に脱出する唯一の方法は、感染率が最も高い少数の地域だけでなく、あらゆる場所で大規模な集団免疫を獲得することです。そして、それはワクチンが広く普及して初めて実現する可能性が高いでしょう。

一方、ウイルスの拡散を防ぎ、R ₀値をできるだけ下げるためには、集団免疫閾値をどこに置くかに関係なく、どこでも距離の確保、マスクの着用、検査、接触者追跡が最優先事項となります。

「集団免疫が私の考えでは40～60％の範囲外にあると知っていたとしても、今のところ違う決断をすることはないだろう」とリプシッチ氏は語った。

シャーマン氏もまた、自然に獲得される集団免疫の閾値に関する不確実性と、それを間違えた場合の影響を考えると、前進できる道はただ一つ、集団免疫を安全にもたらすワクチンを導入できるまで、新たな感染を防ぐよう最善を尽くすしかないと考えている。

「問題は、ニューヨーク市が新たな感染拡大に耐えられるかどうかだ」と彼は言った。「分からないが、火遊びはしない方がいい」

オリジナルストーリーは、数学、物理科学、生命科学の研究の進展や動向を取り上げることで科学に対する一般の理解を深めることを使命とする、シモンズ財団の編集上独立した出版物であるQuanta Magazineから許可を得て転載されました。

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