Hvor mange mennesker skal vaccineres med COVID-19-vaccinen for at stoppe coronaviruset?

Det har i et stykke tid stået klart, at den eneste vej ud af coronavirus-pandemien, i hvert fald i USA, vil være gennem vaccination. Den hurtige udbredelse af coronavirusvacciner er i gang, men hvor mange mennesker skal vaccineres for at kontrollere denne pandemi?

Jeg er en computerbiolog, der bruger data og computermodeller til at besvare biologiske spørgsmål på University of Connecticut. Jeg har fulgt COVID-19-epidemien i min stat med en computermodel for at hjælpe med at forudsige antallet af hospitalsindlæggelser på John Dempsey Hospital på University of Connecticut.

Denne type computermodel og den underliggende teori kan også bruges til at beregne de vaccinationsrater, der er nødvendige for at bryde kæden af overførsler af coronavirus. Mit skøn er, at det for hele USA er nødvendigt at vaccinere ca. 70 % af befolkningen for at standse pandemien. Men variationer i, hvordan folk opfører sig i forskellige dele af landet, samt åbne spørgsmål om, hvorvidt vaccinen forhindrer smitte helt eller kun forhindrer folk i at blive syge, tilføjer en vis grad af usikkerhed.

Afbrydelse af transmission

Kliniske forsøg har vist, at når en person bliver vaccineret mod coronaviruset, vil vedkommende ikke blive syg af COVID-19. En person, der ikke bliver syg, kan stadig blive smittet med coronaviruset. Men lad os også antage, at en vaccineret person ikke kan sprede virussen til andre, selv om forskerne stadig ikke ved, om det er sandt.

Når en tilstrækkelig stor del af befolkningen er vaccineret, har virussen svært ved at finde nye mennesker at inficere, og epidemien begynder at uddø. Og det er ikke nødvendigt at vaccinere alle, kun nok mennesker til at forhindre, at virussen spreder sig ukontrolleret. Det antal mennesker, der skal vaccineres, kaldes det kritiske vaccinationsniveau. Når en befolkning når dette antal, får man flokimmunitet. Der er tale om flokimmunitet, når der er så mange vaccinerede mennesker, at en smittet person næppe kan finde nogen, der kan blive smittet, og derfor kan virussen ikke sprede sig til andre mennesker.Dette er meget vigtigt for at beskytte mennesker, der ikke kan blive vaccineret.

Det kritiske vaccinationsniveau afhænger af, hvor smitsom sygdommen er, og hvor effektiv vaccinen er. Smittefaren måles ved hjælp af det grundlæggende reproduktionstal – R0 – som er det antal personer, som en smittet person i gennemsnit ville sprede virussen til, hvis der ikke var beskyttelsesforanstaltninger på plads.

Jo mere smitsom en sygdom er, jo større er det antal mennesker, der skal vaccineres for at opnå hørt immunitet. Jo mere effektiv vaccinen er, jo færre mennesker skal vaccineres.

Ikke ens overalt

R0-værdierne varierer fra sted til sted, fordi deres befolkninger opfører sig forskelligt – sociale interaktioner er ikke de samme på landet og i byerne, eller i varme klimaer sammenlignet med kolde klimaer, for eksempel.

Med udgangspunkt i dataene om positive tilfælde, hospitalsindlæggelser og dødsfald anslår min model, at Connecticut i øjeblikket har en R0 på 2,88, hvilket betyder, at hver smittet person i gennemsnit ville overføre virussen til 2,88 andre personer, hvis der ikke blev truffet afbødningsforanstaltninger. Skøn på amtsniveau varierer fra 1,44 i Alpine på landet i Californien til 4,31 i byen Hudson i New Jersey.

Men det er særlig vanskeligt at finde en R0-værdi for hele USA, fordi klimaet er meget forskelligt, og fordi virussen har ramt forskellige områder på forskellige tidspunkter – opførslen har langt fra været ensartet. Estimaterne varierer fra 2,47 til 8,2, selv om de fleste forskere placerer R0 for hele USA omkring 3.

Mens R0 varierer fra sted til sted og mellem estimaterne, er vaccinernes effektivitet konstant og velkendt. Vaccinerne fra Pfizer-BioNTech og Moderna er henholdsvis 95 % og 94,5 % effektive til at forebygge COVID-19.

Ved hjælp af værdierne for vaccineeffektivitet og R0 kan vi beregne det kritiske vaccinationsniveau. For Connecticut med en R0 på 2,88 skal 69 % af befolkningen vaccineres. For hele USA, med en R0 på 3, ville dette være 70 %. I New York City ville det med en anslået R0 på 4,26 være 80 %.

Meget usikkerhed

Mens matematikken er relativt enkel, bliver tingene kompliceret, når man overvejer vigtige spørgsmål, som epidemiologerne stadig ikke har svar på.

Først antager formlen for det kritiske vaccinationsniveau, at folk interagerer tilfældigt. Men i den virkelige verden interagerer folk i meget strukturerede netværk, der afhænger af arbejde, rejser og sociale forbindelser. Når disse kontaktmønstre tages i betragtning, har nogle forskere fundet ud af, at de kritiske vaccinationsniveauer er betydeligt mindre end hvis man antager tilfældige interaktioner.

Der er desværre andre ubekendte faktorer, der kan have en modsatrettet effekt.

Vaccineforsøg viser tydeligt, at vaccinerede mennesker ikke bliver syge af COVID-19. Men det er stadig uvist, om vaccinerne forhindrer folk i at få milde infektioner, som de kan give videre til andre. Hvis vaccinerede mennesker stadig kan blive smittet og videregive viruset, vil vaccinationen ikke give flokimmunitet – selv om den stadig vil forhindre alvorlig sygdom og reducere dødeligheden drastisk.

Et sidste spørgsmål, der stadig mangler at blive besvaret, er, hvor længe immuniteten mod coronavirus varer, efter at en person er vaccineret. Hvis immuniteten aftager efter nogle få måneder, vil hver enkelt person have brug for gentagne vaccinationer.

Det er svært at sige med sikkerhed, hvor mange mennesker der skal vaccineres for at standse denne pandemi. Men alligevel har ankomsten af COVID-19-vacciner været den bedste nyhed i 2020. I 2021, når en stor del af personerne i USA får vaccinen, vil landet være på vej mod det kritiske vaccinationsniveau – uanset hvad det måtte være – så livet kan begynde at vende tilbage til det normale.