Virus-Epidemien und welche Rolle die Sonnenstrahlung bei der Verbreitung von Viren spielt

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Medizin Doc Redaktion, Beitrag vom 2. November 2020

Einflussfaktoren einer epidemischen Ausbreitung von viralen Atemwegserkrankungen wie beispielsweise Grippe (Influenza), akute Bronchistis oder dem Coronovierus (Covid-19/SARS-COV-2): Laut einem Team von Forschern des italienischen Nationalen Instituts für Astrophysik (INAF), der Universität Mailand, der regionalen Umweltagentur der Lombardei und der Stiftung Don Gnocchi hängt die Antwort auf die Frage – weshalb sich die meisten Virusepidemien zyklisch im Herbst und Winter in den gemäßigten Klimaregionen der Erde ausbreiten – eng mit der Sonne zusammen.

Das theoretische Modell der Forscher zeigt, dass sowohl die Prävalenz als auch die Entwicklung von Epidemien stark mit der täglichen Sonneneinstrahlung korrelieren, die zu einer bestimmten Jahreszeit auf einen bestimmten Ort auf der Erde trifft. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit wurden kürzlich in der Zeitschrift iScience veröffentlicht.

Das Modell gibt den Autoren der Studie eine einfache Antwort auf eine grundlegende, aber noch ungelöste wissenschaftliche Frage: Warum entwickeln sich viele virale Atemwegsepidemien, wie zum Beispiel die Grippe, zyklisch während der Herbst und Wintermonate nur in den gemässigten Regionen der nördlichen und südlichen Hälfte der Erde, während sie im äquatorialen Gürtel jederzeit – wenn auch mit geringerer Prävalenz im Vergleich zu den saisonalen Zyklen in den gemässigten Regionen – präsent zu sein scheinen? Und was löst diese Saisonalität aus und bestimmt sie? In seiner Arbeit schlagen die Autoren der Analyse vor, dass das, was die Saisonale Abhängigkeit von durch die Luft übertragenen Epidemien verursacht, genau derselbe Mechanismus ist, der die Jahreszeiten auf der Erde bestimmt: die Menge der täglichen Sonneneinstrahlung auf die Erde.

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Entwicklung einer Influenza-ähnlichen Epidemie Paolo Bonfini, Universität Kreta
Entwicklung einer Influenza-ähnlichen Epidemie Paolo Bonfini, Universität Kreta

Es ist allgemein bekannt, dass UV-Licht (ultraviolettes Licht) in der Lage ist, Viren und Bakterien verschiedenster Art zu neutralisieren. Das UV-Licht der Sonne, das die Erde erreicht, muss demnach eine gewisse desinfizierende Wirkung auf die dem Sonnenlicht ausgesetzten Teile der Erde haben. Die Wirksamkeit der Deaktivierung eines bestimmten Virus oder einer Bakterie durch UV-Licht hängt von dem Virus oder der Bakterie selbst ab, aber für einen bestimmten Ort auf der Erde ist sie zweifellos größer, wenn die Sonneneinstrahlung stärker ist (Sommer), und schwächer, wenn die Sonneneinstrahlung geringer ist (Winter).

Eine solche zyklische Wirkung der desinfizierenden Wirkung der Sonne mit jährlicher Häufigkeit kann konstruktiv mit einer anderen, für Epidemien typischen Frequenz in Wechselwirkung treten: dem Verlust der Immunität des Wirts des Virus aufgrund seiner antigenen Verschiebung/Drift. Die Kombination dieser beiden Mechanismen löst die Saisonabhängigkeit von Epidemien aus, die je nach Antigenhäufigkeit von einigen Jahren bis zu Jahrzehnten reicht.

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Mit Hilfe des von den Forschern vorgeschlagenen Modells lässt sich die an verschiedenen Orten der Erde beobachtete Saisonabhängigkeit für Epidemien mit einer intrinsischen Reproduktionszahl (R0) von weniger als etwa 2 – eine Grippe hat typischerweise R0~1 – genau reproduzieren. Das Modell ist auch in der Lage, Epidemien mit einer viel größeren intrinsischen Reproduktionszahl zu modellieren, wie etwa die aktuelle SARS-CoV-2-Pandemie. Diese Modelle sagen hochintensive, intermittierende Anfangszyklen voraus, die sich schließlich auf saisonal synchronisierte Jahreszyklen mittlerer Intensität stabilisieren.

Vom epidemiologischen Standpunkt aus gesehen klären diese Modelle den Autoren der Studie zufolge ein wichtiges und seit langem bestehendes Rätsel: Warum verschwinden Grippeepidemien jedes Jahr, wenn die Zahl der anfälligen Personen immer noch sehr weit von der Zahl entfernt ist, die erforderlich ist, um den Herdenimmunitätsmechanismus auszulösen?

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Die Ergebnisse der Studie wurden in dem Fachblatt iScience unter dem Titel „Forcing Seasonality of Influenza-like Epidemies with Daily Solar Resonance“ von Fabrizio Nicastro, Giorgia Sironi, Andrea Bianco, Mara Biasin, Elio Antonello, Giovanni Pareschi, John R. Brucato, Ilaria Ermolli, Marta Salvati, Daria Trabattoni, Paolo Tozzi und Mario Clerici veröffentlicht.

(Quelle: Istituto Nazionale di Astrofisica / Università degli Studi di Milano / iScience)

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