Frau guckt auf Bildschirm Video
Mathematische Modelle können vorhersagen, wie sich Pandemien ausbreiten
Gegen Schweinegrippe am besten gemeinsam
Mathematische Modelle zeigen Verbreitungsnetze
"Kooperation ist die beste Strategie gegen Schweinegrippe", meint der Informatiker Alessandro Vespignani. Man solle ein Zehntel der Impfstoffe armen Ländern schenken. "So bekämpfen wir Brandherde vor Ort."
Das nutze den Spendern, "weil wir dadurch die Epidemie weltweit lindern können, bevor die Viren zu uns kommen." Er hat die Ausbreitung des Virus mathematisch simuliert. Parallelen dazu gibt es im Internet: Der Virus "I love you" hatte sich 2000 in wenigen Stunden und über wenige Knoten über das gesamte Internet ausgebreitet.

"Egal, wie hoch die Verbreitungsgeschwindigkeit ist, ein Virus wird das System immer durchdringen", sagt Alessandro Vespignani. "Die Knoten sind die Multiplikatoren des Virus und ermöglichen seine Verbreitung. Man kann den Virus nicht ausrotten, selbst wenn die meisten Computer mit Antivirensoftware immunisiert sind, weil kein Epidemie-Schwellwert existiert. Niemand das System unter einen Schwellwert bringen." Wenn zwei Viren der Immunisierung entwischen, halten die Knoten die Epidemie in Gang.

Alle Menschen sind über sechs Bekannte erreichbar
Netz über den USA Video
Jeder kennt fast jeden - ob Mensch, Virus oder Strom
Unter der Voraussetzung, dass jeder einzelne Mensch 100 Bekannte hat, ist bei sechs Milliarden Menschen jede beliebige Person auf der Erde rein rechnerisch über nur sechs Verbindungen zu erreichen. Dass zwei neue Bekannte einen gemeinsamen dritten alten Bekannten haben, ist völlig normal, sagen der Mathematiker Steven Strogatz und der Soziologe Duncan Watts. Fischschwärme und Glühwürmchen synchronisieren sich ohne äußeren Anstoß: Sieht ein Glühwürmchen ein Nachbarinsekt blinken, kann es etwas früher aufleuchten, wenn es dazu "bereit" ist - und so geraten ganze leuchtende Bäume in Takt.

Das gleiche haben Strogatz und Watts an Grillen gezeigt. Ihre Formeln haben sich nach eigenen Angaben bei Hollywood-Schauspielern, dem US-Stromnetz, dem Nervensystem von Caenorhabditis elegans und dem Internet bestätigt: Bevor es Google war, haben die beiden Wissenschaftler die Existenz solcher "Superseiten" vorhergesagt.

Der Genetiker Marc Vidal möchte mit diesen Formeln eine "Straßenkarte" der Proteine einer Zelle anlegen: "So kann ich mir vorstellen, was in einer Zelle passiert." Über ein Beziehungsnetz lässt sich feststellen, ob und wie schnell eine neue Grippewelle zu einer Epidemie wird oder nicht.

Christophe Fraser: Reiseverbote bremsen Epidemien
Christophe Fraser am Computer Video
Christophe Fraser weiß genau, wie Seuchen wandern
"Massive Interventionen der Behörden bei Epidemien können sinnvoll sein", sagt Christophe Fraser vom Imperial College in London. "Solche Maßnahmen halbieren die Anzahl von Menschen, die gleichzeitig erkranken. Die Gesamt-Zahl der Erkrankten sinkt zwar nur leicht, aber der Höhepunkt der Epidemie verschiebt sich um einen Monat nach hinten. Das entlastet das Gesundheitssystem und kann entscheidend sein für die Produktion eines Impfstoffs."

Für seine Simulationen haben er und sein Team die Daten US-amerikanischer Mobiltelefonprovider genutzt. "Dazu nahmen wir die biologischen Daten der Grippepandemie 1918 für die Simulation", erläutert Fraser.

Der Weg der Geldscheine zeigt, wie Seuchen reisen
Grafik der Geldscheinwege durch die USA © Max-Planck-Gesellschaft Lupe
Geldscheine liefern Hinweise auf den Weg der Seuchen
Auch die im Internet protokollierten Reiserouten von Dollarscheinen erleichtern die Vorhersage künftiger Epidemien. Auf den Spuren der Geldscheine beobachtete ein deutsches Forscherteam das Reiseverhalten der US-Amerikaner und entwickelte ein mathematisches Modell dafür. Da Keime ebenso wie Geldscheine von Ort zu Ort getragen werden, erlaubt das Modell eine bessere Vorhersage der Ausbreitung künftiger Seuchenzüge wie einer Grippepandemie. Die rasante Ausbreitung von Erregern ist durch die gestiegene Mobilität zu einer Bedrohung geworden.

Während historische Seuchen wie die Pest eher langsam und wellenartig vorwärts kamen, verbreiten sich Keime heute auf den Reiserouten der Menschen blitzschnell um den Globus. So benötigte die Pest im 14. Jahrhundert noch drei Jahre, um Europa von Süd nach Nord zu durchqueren - mit einem Durchschnittstempo von zwei Kilometern pro Tag. Die Lungenkrankheit Sars tauchte 2003 dagegen binnen Wochen auf mehreren Kontinenten auf.

50 Millionen registrierte Noten protokollieren Umlauf
Dollarnote © ap
Geldscheine sind ein wichtiges Instrument der Studie
Es war bis 2006 jedoch nicht gelungen, solche Bewegungsströme ausreichend in der Theorie zu beschreiben, wie die Max-Planck-Gesellschaft betonte. Für ihr neues Modell analysierten die Wissenschaftler die Daten eines Internetportals, bei dem Freiwillige - vor allem zur Unterhaltung - den Umlauf von 50 Millionen registrierten Dollarnoten protokollieren. "Da wir Menschen nicht wie Tiere mit Sendern verfolgen können, suchten wir Daten möglichst über Millionen von Bewegungen einzelner", erläuterte Lars Hufnagel, der 2006 an der Universität von Kalifornien in Santa Barbara forschte.



Literatur
Brockmann D, Hufnagel L, Geisel T (2006) The scaling laws of human travel. Nature 439: 462 - 465
Schwerpunkt
Unterschätzte Seuche: die Grippe und ihr Infekt
Schweinegrippe: Forscher warnen vor einer Panikmache Schweinegrippe: Tamiflu und Relenza vielversprechend Impfstoffe gegen Viren aus Bakterien In Schweinen mischen sich Viren von Mensch und Vogel Bonner entwickelten Schnelltest auf Schweinegrippe WHO erhöht Alarmstufe wegen Schweinegrippe auf fünf Massenzucht als Pandemie-Risiko
Links
"Swine flu: Statistical model predicts spread in U.S." von der Universität Indianas "Auf den Spuren des Geldes" von der Max-Planck-Gesellschaft
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26.01.2006, zuletzt aktualisiert am 07.07.2009 / mp mit Material von dpa