Modellierungsnetz für schwere Infektionskrankheiten (MONID) - Verbundprojekt: INSIDe - Integrative Modellierung der Ausbreitung von schweren Infektionskrankheiten

Abstract

Wie die Corona-Krise deutlich gezeigt hat, kann es notwendig werden, rechtzeitig gezielte Maßnahmen wie Kontaktbeschränkungen etc. zu ergreifen, um das Ausbreiten gefährlicher Infektionskrankheiten einzudämmen und den Schaden an Leib und Leben der Bevölkerung zu minimieren. Um „rechtzeitig“ agieren zu können, ist ein frühzeitiges Wissen um das Vorhandensein, die Ausdehnung und die zeitliche Entwicklung eines Krankheitsausbruchs unerlässlich. Im Falle von Corona wurde versucht, dieses Wissen durch umfangreiche Testkampagnen zu gewinnen. Personen zu testen ist allerdings sehr kostenintensiv und flächendeckend so gut wie unmöglich, selbst im Krisenfall. Auch die maximale, während der Corona-Krise erreichte Testintensität ist nicht ausreichend, um ein klares Bild eines Krankheitsausbruchs und dessen Verlauf zu zeichnen. Zudem werden im Normalfall, also ohne eine bereits bekannte Pandemie, Personentests überhaupt nicht durchgeführt. Es gibt allerdings eine Alternative zu Personentests: Viele Infektionskrankheiten lassen sich in den Ausscheidungen der Betroffenen nachweisen, was bedeutet, dass eine Quelle umfangreicher Daten jederzeit zugänglich ist: das Abwasser! Auch wenn Krankheitserreger im Abwasser nachgewiesen werden können, ist eine gezielte Maßnahmenplanung noch nicht möglich, da aus Konzentrationsverläufen von Krankheitserregern oder deren Abbauprodukten an Abwasser-Probenahmestellen (in der Regel in Kanalschächten) noch nicht direkt abgelesen werden kann, in welchen Stadtgebieten, Häuserzeilen oder konkreten Gebäuden genau ein Ausbruch erfolgt ist. Mittels mathematischer Modelle ist es allerdings möglich, diese Lücke zu schließen und Rückschlüsse von Messdaten im Kanal (also Erreger-Konzentrationskurven mit zeitlichem Verlauf) auf Infektionsgeschehen in entsprechenden Quartieren, Häuserzeilen oder Gebäuden zu ziehen. Ziel von INSIDe war es, eine entsprechende Modellierungsmaschinerie theoretisch zu entwickeln und prototypisch zu implementieren. Je nach Größe der Stadt / des zu modellierenden Gebietes kann die Rechenzeit für ein feinkörniges Kanalnetzmodell nicht mehr für ein real-time Frühwarnsystem geeignet sein. In diesen Fällen kann es sinnvoll werden, ein aus dem Feinnetzmodell abstrahiertes Grobnetzmodell zu verwenden. Im Rahmen des INSIDe-Projektes war es daher neben der Schnittstellen- / Simulationspipelineentwicklung, Modellerstellung und Anderem auch Aufgabe der tandler.com GmbH, Algorithmen und Verfahren zu entwickeln, die es erlauben, automatisiert Kanal-Grobnetzmodelle aus Feinnetzmodellen zu abstrahieren.