为什么对新的 COVID 变种进行快速、准确的估计如此困难

全国性的测序偏差很可能导致对 Omicron 真实流行率的估计过高。
female doctor in protective clothing prepares test tubes for covid
由于 Omicron 传播速度极快,我们对其初始流行率的理解的微小变化会导致模型结果产生巨大差异。Bihlmayerfotografie/Deposit Photos

12 月底,美国疾控中心(CDC)大幅修订了其对 Omicron 相对于美国其他 COVID 变种的流行率估计。周二之前,它报告称 Omicron 在 12 月 12 日至 18 日的新 COVID 病例中占 73%。现在,它估计该周的流行率为 23%,并估计 Omicron 在 12 月 19 日至 25 日的新病例中占 59%。

正如《探索频道 》近期报道的那样,较低的估计使得理解美国的疫情更加困难——Delta 仍然是主要的病毒,并且很可能导致了大多数死亡。

为什么会有如此剧烈的波动?CDC 实际上无法看到每一个 COVID 病例,因此它依赖于一种称为“nowcast”(即时预报)的建模概念。(Now + forecast.)该模型根据 COVID 变种的特征和一般人群来预测传播,并将该预测与现实世界的数据联系起来。

目前,关于 Omicron 相对于 Delta 的传播速度以及它感染先前具有免疫力的人的难易程度,仍存在相当大的不确定性。德克萨斯大学奥斯汀分校 COVID-19 建模联盟的传染病建模师 Anass Bouchnita 表示:“描述 COVID 传播动态的数学模型变得越来越复杂。我们有几个新的效应”——例如加强针的有效性和先前免疫力——“需要被纳入,而且鉴于 COVID 的格局变化如此之快,我们必须非常迅速地完成这项工作。”

Bouchnita 和同事们在 12 月中旬制作了一个 Omicron 传播模型,该模型基于当时关于该变种特性的可用数据。他说:“在我们最悲观的设想中,我们预计高峰期将达到每天约 50 万例。”从那以后,Omicron 浪潮可能来得更快、更猛烈。“当我们修改预测时,我们预计病例将在 1 月份的某个时候达到每天 70 万例。”

但底层数据中的一些怪癖也导致了这种变化。由于 Omicron 传播速度极快,我们对其初始流行率理解的微小变化会导致模型结果产生巨大差异。在某种程度上,这些数据怪癖可能非常基本:美国正在寻找 Omicron 病例,因此找到了很多。“CDC 调整其流行率数字的一个原因是因为许多实验室专门寻找 [Omicron] 样本,”路易斯安那州立大学什里夫波特分校卫生部门的 COVID 测序负责人 Krista Queen 说。“当你去寻找那种 [变种] 时,它会夸大流行率。”

Omicron 即使没有测序,也很容易通过 PCR 检测发现。PCR 检测寻找病毒基因组中的几个特定序列。碰巧的是,其中一些序列是为了寻找 Omicron 上已经变异成无法识别形式的序列而设计的。当这种检测用于 Omicron 病例时,会得到一个部分阳性结果:三个针对完整序列的“是”,一个“否”,称为“S 基因靶点失败”。这个特征并非确凿无疑,因为它也出现在其他一些毒株中。但它为研究人员提供了一个线索。

[相关:Omicron 的传播速度没有 CDC 预期的那么快——这是个坏消息]

这些明显的 PCR 结果是美国基因组监测系统迅速确认 Omicron 存在的重要原因之一。全国各地的卫生部门寻找具有 S 基因靶点失败的罕见病例,并对其进行测序。Queen 说:“12 月初,路易斯安那州卫生部”——就像全国各地的卫生部门一样——“优先处理出现 S 基因靶点失败的样本。”

Queen 的团队目前对 LSU 检测实验室的每个样本都进行测序,该实验室与医疗机构和社区检测点合作,这让他们对 Omicron 的流行率有了更清晰的了解。尽管如此,这种全国性的测序偏差很可能导致对 Omicron 真实流行率的估计过高。

然后,建模者需要考虑检测偏差。接种疫苗的人根本不会感染 COVID 的可能性较小,但与 Delta 相比,由于其免疫逃逸特性,他们更容易感染 Omicron。一些数据显示,接种疫苗的人也更有可能寻求检测。Queen 说:“我们只对接受检测的人进行测序。那么,我们看到的 Omicron 病例更多是因为它实际上更普遍?还是因为谁在积极寻求检测?”

但过度关注 Omicron 的全国流行率可能会产生误导:疫情在不同地区的表现截然不同,在中西部地区 Delta 疫情肆虐,而在西雅图等接种疫苗率高的城市,Omicron 正在激增。

更重要的是了解 Omicron 在地方层面的流行率。这在一定程度上是因为该疾病的行为方式有所不同,在接种疫苗的人群中传播得更快、更容易,这需要采取不同的安全预防措施。但是,Queen 指出,这对于分配 COVID 药物也至关重要。“目前任何疗法的需求都供不应求,”Queen 指出。一些针对 COVID 患者的抗体治疗对 Omicron 的效果不佳,因此新变种地区需要不同的药物。“各州能否满足需求?这比粗略的美国总体估计更重要。”

 

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Philip Kiefer

特约撰稿人

Philip Kiefer是《Popular Science》的特约撰稿人。他于2021年开始作为自由撰稿人加入科学部门,同年晚些时候正式成为团队一员。他曾报道过COVID变种的演变、食腐蜜蜂以及史前藻类爆发。


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