COVID-19関連追加(20201113日)

2020824日に追記.

【ドイツの食肉加工工場におけるアウトブレイク】

Günter T, et al. SARS-CoV-2 outbreak investigation in a German meat processing plant. EMBO Mol Med (2020)e13296. Oct 27, 2020.

https://doi.org/10.15252/emmm.202013296.

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Introduction

SARS-CoV-2感染は,主に飛沫(van Doremalen et al, 2020)またはエアロゾルの呼吸器への取り込みを介して起こると考えられている.エアロゾルは、単一の感染源が多数の個体にウイルスを感染させる場合、いわゆる超拡散事象(Dyal et al, 2020; On Kwok et al, 2020; Schwierzeck et al, 2020; Xu et al, 2020; Yusef et al, 2020; Zhang et al, 2020a, 2020b)において特に重要であると考えられている。飛沫が典型的には2mよりも遠くに移動しないのに対し,エアロゾルは空気中に長時間留まることができ,特に新鮮な空気交換率が低い室内環境では,2mの距離をはるかに超えて感染性ウイルス粒子を運ぶ可能性がある(Liu et al, 2017; Asadi et al, 2019, 2020).温度,湿度,および空気循環などの因子は,飛沫およびエアロゾルの安定性,移動,そして結果的に伝達効率に大きく影響すると考えられている(van Doremalen et al, 2020).

食肉加工工場は最近,世界中でSARS-CoV-2のホットスポットとして浮上している.これは,操業形態(生産ラインでの作業員の近接作業と激しい呼吸を要する作業の組み合わせなど)だけでなく,ウイルス感染伝播を促進する可能性のある住居および交通手段の共有に起因すると考えられている(Dyal et al, 2020).空気交換率の低い環境において低温で作業する必要があることも,労働者においてウイルスの拡散が広がりうる別の要因である.しかし,食肉加工工場での感染伝播イベントの性質や,住居や交通機関共有についての役割の直接的な科学的証拠はまだ報告されていない.

20205月にドイツの食肉加工工場で発生した感染伝播クラスターを報告する.そしてある環境条件によって,指標症例1人から距離8m離れた同僚の60%以上へ感染が拡大した詳細を示すウイルスゲノム配列解析によって,これまで報告されていなかったSARS-CoV-2遺伝子型が明らかになったが,それは最初のクラスターの全症例において認められただけでなく,6月中旬に引き続き発生した,ドイツの食肉加工工場におけるこれまでで最大のアウトブレイクの少し前に採取されたサンプルでも認められた.この調査結果から,今回のような環境下での感染を防ぐには,フィジカルディスタンスが2m程度では不十分であることが明らかになった.

Results

我々は,ドイツ最大の食肉加工工場であるリューダ・ヴィーデンブリュック(Rheda-WiedenbrückGütersloh郡,ノルトライン・ヴェストファーレン州)(以下MPP-R)でのアウトブレイクを調査した.MPP-Rでは,牛と豚の屠殺,精肉加工,包装を行っている.MPP-Rから約30km離れたディッセン(ニーダーザクセン州Osnabrück郡)には、雌豚の脱骨に特化した第二の独立した食肉加工工場(以下MPP-D)がある.時々ドイツの食肉産業でSARS-CoV-2陽性症例が発生するため,いくつかの州政府は,20205月にMPP-DMPP-Rを含む食肉加工工場の全スタッフを対象に連続でSARS-CoV-2 PCR検査を実施した.

MPP-Rのアウトブレイクに先行した一連の事象:

Figure 1Aに示すように,MPP-D及びMPP-Rでは,511日の週に,政府が義務づけた連続検査が実施された.検査結果は517日日曜日に報告された。MPP-Dでは,検査を受けた279人中94SARS-CoV-2陽性であり,MPP-Dの従業員においてアウトブレイクが進行していることが示唆されたMPP-Rでは,6,289人のうち陽性となったのは4のみであった

 

 

Figure 1:

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A: MPP-Rのアウトブレイクに先立つMPP-RMPP-Dにおける一連のイベント(それぞれ実線と破線で囲んだボックス).MPP-RのアウトブレイクのきっかけになったかもしれないMPP-RMPP-Dの労働者の接触は,右の灰色のボックスに示した* MPP-Dの隔離には,すべての陽性者(n= 94)と,食肉加工に直接従事していた陰性者185人が含まれた.検査が陰性であった他の職種の従業員(事務員や警備員など)は隔離されなかった.

B: 5 月下旬のアウトブレイクにおけるMPP-Rでのイベント指標症例B1が早番のシフトで3日間連続して業務したそれゆえ,業務に関連した曝露が発生した可能性があった(青色)

C: 6月におけるMPP-Rでのイベント6月上旬にサンプリングが様々な(医療)機関によって行われた.精確な情報はないが,現地の保健当局からの情報に基づいて,最小発生数を示した.タイムラインの下のボックスにはMPP-Rにおける検査陽性症例のうち,遺伝子検査を行った症例を示した.”豚肉加工従事者pork processing workers”は食肉加工(脱骨,剪断,包装)に直接関連した者,”内部従業員internal employees”はコンビニエンス食品売場,技術業務,労働安全などに従事している者を示している.

MPP-R4人はいずれも食肉加工業に関与しておらず,独立している可能性が高いと判断された早番シフトのMPP-Rの従業員2人(以下,症例B1B2と表記)が,517日日曜日にMPP-Dの従業員(以下,D1D2)と短時間接触したことが,519日火曜日に管理者に報告されたが,その後症例B1B2は陽性と判明したFigure A, B症例B1B2無症状と報告された

20205月〜6月におけるMPP-Rのアウトブレイク:

B1B2は,520日に会社の検査センターで検査を受けた(Figure 1B).MPP-D従業員との接触はハイリスクに分類されなかったため,両者ともに業務を継続した.521日,早番シフト者は休日のため出勤しなかった。521日に検査結果が陽性となったため,B1B2と住居を共有していた従業員5人は隔離された.B1B2は別のアパートに移動し,同居者は元の部屋に残った.525日月曜日,早番シフトの従業者全員(n= 140)が検査を受けた.527日に行われた検査の結果,早番シフト18人が陽性と判明した.その後,すべての早番シフト従業員は直ちに隔離された.527日〜63日までに実施されたフォローアップ検査では,すでに隔離された従業員にさらに陽性者11が確認された.

5月におけるこのアウトブレイクに続いて,様々な(医療)機関によってスクリーニング検査を実施したところ,6月には工場のさまざまな部署で陽性者が増加しており(110人以上),これは二次アウトブレイクが継続し,より広範囲に拡散していることが示唆された実際,617日〜23日にかけて保健当局が行った連続検査では,1,400人以上の陽性症例が確認され,ドイツの食肉加工工場でこれまでに確認された中で最大規模のアウトブレイクとなった(Figure 1C

20205月のアウトブレイクにおけるウイルス遺伝子型:

発生時期から,従業員B1およびB2が初期のMPP-R感染クラスターの発生源である可能性が高いことが示唆された.この仮説をさらに裏付けるために,527日までに陽性と判定された20人の完全ウイルスゲノム解析を行った.Wuhan SARS-CoV-2参照株からのヌクレオチドの違いの位置と頻度を示すヒートマップをFigure 2に示した.

全サンプルにおいて,8つの突然変異がほぼ100%の頻度で検出された.GISAIDで利用可能な56,366の完全長配列を検索したところ,これらの突然変異のうち6つがSARS-CoV-220C cladeに共通して存在することが判明した.この枝(branch)は,執筆時点でGISAIDに登録されているSARS-CoV-2の全ゲノム配列の約17%を占めていた.しかし,興味深いことに,残りの2つの突然変異(Figure 2Aのアスタリスク)を共有するGISAIDの項目(entry)は見つからなかった.これら8つの突然変異を組み合わせると,感染クラスターのprototypical viral genome signature を定義する20C clade内に新規のsub-branchが形成されることになる(submitted to GISAID, accession number 476705, strain id NRWMPP1).B1の配列がプロトタイプの代表であるのに対し,B2の配列では100%の頻度で追加のヌクレオチド置換(C7735T)が見られる.この突然変異が他のサンプルには見られないことから,B2がこのクラスターの発生源である可能性はほぼ確実に除外できる.他の6人では,他のサンプルと共有されていない別の1つのヌクレオチド置換が示されている.

これらの観察結果を総合すると,B1によるプロトタイプウイルス感染伝播がこのクラスターの共通感染源であることが示唆された.プロトタイプではないヌクレオチドの変異体が全体的に少ないことを考えると,追加された変異の存在は,新規感染者のサブセットにおいてウイルス突然変異が進行していることに起因している可能性が高い.しかし,これらの変異体の少なくともいくつかが独立した感染イベントを表している可能性を配列データだけでは除外できない.

Figure 2:

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20205月のアウトブレイクにおける可能性のある感染伝播ルート:

以上を踏まえて,疑われる指標症例B1とクラスター内の他の従業員における可能性のある感染経路を調査した.全事例の共通している可能性のある接触は,食肉加工工場の早番勤務シフトであった.そのシフトは147人で構成されており,そのほとんどがベルトコンベアの加工ラインの業務に就いていた.加工ラインは長さ約32メートル,幅8.5メートルの細長いエリアを占めている(Appendix Figure S1Aを参照).加工ラインの一端(以下では近位とする)から牛肉の4分の1が入庫し,室内を縦方向に移動しながら加工され,最終的に加工ラインの遠位端(以下では遠位)付近で包装される.部屋の近位半分の天井付近に配置された8つの空調ユニットが,常に空気を冷却している.ファンは,ユニットの正面開口部から直接,または天井下に取り付けられた有孔ホースを介して(Figure S1A-Cの回路図を参照),空気を横方向に流している.部屋は効率的に区分され,空気が永続的に再循環するようになっている.

データ保護の規定により,疑われた指標症例の正確な位置を示すことはできないが,従業員が部屋の近位半分に固定された場所を占有していたことを明らかにすることは可能である.さらにFigure 3は,検査結果および(利用可能な場合には)ウイルス遺伝子型とともに,疑われる指標症例と関連がある従業員86人の相対的な位置を示している.これらの従業員86人は,処理ラインの近位半分に固定された作業位置にいた全従業員(n= 56),隣接する作業位置に固定された従業員22人,およびシフト中に通常部屋の中を移動する従業員8人の推定平均位置を含む(Figure 3Aのアスタリスク).残り60人の早番シフトの従業員(66日に陽性と判定されたのは1人だけ)の正確な位置情報はないが,これらの従業員は全員,加工処理エリアの遠位半分内に固定された場所で業務を行っていた.

Figure 3Aのマップは,疑われた指標症例の位置とSARS-CoV-2陽性従業員における空間的な関係を示している.Figure 3Bの距離マトリックスdistance matrixに示されるように,陽性者の空間的な過剰発現確率は非常に有意であり,半径8mの範囲内で最大(Pval 2.33E05)に達した8m領域と呼ぶ; この8mの最大値は,統計的な有意性を反映しているが,感染率自体は指標症例に近いほど高いことに注意が必要である)

業務エリアの位置情報に加えて,従業員が共有しているアパート(n= 11),寝室(n= 16),車の相乗りcarpooln= 9)の情報を,早番シフトから得た.Figure 3Cに,共有ユニットにおける陽性症例のoverrepresentation analysisORA)を示す.比較のために,指標症例周囲8mの領域を示す.統計的に陽性率が有意であったのは,1つの共有アパートとそれに関連した相乗り(a1c3),共有している寝室(r5)のみであった.しかし,a1/c3では7人中5人,r5では3人中2人が8m領域以内に固定された作業位置で業務していたことから,これらのユニットにおける感染率の高さは,ユニット内での独立した感染連鎖に起因するものではなく,主に指標症例に近接して作業するグループの人数を反映していることが示唆された.この仮説は,ユニット感染率と8m圏内で作業しているユニットメンバーの割合において正の相関関係(average Pearson correlation coefficient r= 0.67)によっても支持される(Appendix Figure S2).したがって,アパート,寝室,車内で二次感染が発生した可能性は否定できないものの,我々のデータは,感染伝播の大部分が食肉加工工場内で発生したことを強く示唆しており,症例B1が感染源と考えられる

 

 

Figure 3:

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A: 指標症例B1からPCR検査を受けた従業員までの距離(m: メートル).食肉加工工場内に位置が固定されていない作業者(アスタリスク)の場合,座標は早番業務時の平均的な位置を示している.四角と菱形はそれぞれSARS-CoV-2遺伝子型のプロトタイプと変異型を示す.青丸はウイルスゲノム配列が同定されていない場合である(すなわち,202020525日以降に陽性となった場合).

B: 上段: 疑われた指標症例から指定された距離内における累積陽性症例の割合(赤線).灰色の破線は,陽性症例のランダムな空間分布で予想される平均感染率を示している.下段: 与えられた距離内に蓄積された陽性症例の頻度が,陽性症例のランダムな空間分布に基づいて予想されるよりも有意に高い場合の-log10 P値.計算には固定業務の従業員のみを含めた.

C: x 軸の値は,共有アパート,寝室,相乗りのメンバーにおける感染率を示す.y 軸の値は,1 つ以上のユニットを共有するすべての従業員の陽性症例のランダム分布に基づく予想よりもあるユニット内の感染率が高いという仮説としての-log10 P値を反映している.比較のために,指標症例の周囲8m領域(パネルAB参照)の感染率とP値を示した.バブルサイズは、各ユニットまたはエリア内の合計数を示す.有意なP値(≤0.05)を持つすべてのデータポイントには,ユニットまたはエリアのIDP値,陽性症例数を添付した.

 

20205月のアウトブレイク前後における感染イベントのウイルス遺伝子型:

Figure 1に示すように,5月の最初の集団発生から6月のMPP-R従業員における大規模アウトブレイクには,連続的な感染連鎖が生じていることが示唆される.そこで我々は,二次アウトブレイクの初期段階で採取したMPP-R従業員15人から採取したサンプルのウイルス遺伝子型を同定した.この中には,65日(P1, P2)または68日(P3, P4, P7)に陽性反応を示した脱骨関係従業員からの5サンプルと,615日〜617日(O1O10)において陽性反応を示した他の職種の従業員からの10サンプルが含まれていた.Figure 2Bに示すように,すべてのサンプルは,5月の最初の集団発生からのプロトタイプ配列を定義する優位な変異を示していた.頻度が~20100%におけるさらなるヌクレオチド変異が7つのサンプルに存在した.後者のうち,2組(P2/O9, O3/O4)は,従業員の一方が他方に感染したか,あるいは両方が我々の配列レジメンに含まれていない個体からウイルスを獲得したことを示唆する変異パターンを示した.最後に,6,40618,9722つの特徴的な突然変異が指標症例B1に出現したのか,あるいはウイルスの祖先がすでに存在していたのかを探求した.そこで,517日にB1およびB2と接触した可能性のあるMPP-D従業員2人(D1およびD2)からサンプルを採取した.Figure 2Cに示すように,どちらのMPP-D従業員はB1に見られるプロトタイプ配列を共有していた.注目すべきことに,D1は,さらにB2の遺伝子型を区別するのと同じ突然変異(C7735T)を示していた.したがって,D1の配列が~20%程度の頻度をもって,この突然変異を示していることから,この従業員が共通の感染源となり,プロトタイプ配列を症例B1に,変異ゲノム配列を症例B2に伝播した可能性が考えられる

Discussion

MPP-R食肉加工工場では,1人の従業員に起因するsuperspreadingイベントが発生したことが明らかになった.我々の調査結果は,低温,低い空気交換率,空気再循環といった施設の環境条件に加えて,従業員間の距離が比較的近く,肉体労働が多いといった,”好ましくない要因”が重なり,SARS-CoV-2粒子のエアロゾル感染伝播が効率的に促進されたことを示唆している.この検討では,〜8mの範囲で感染伝播が確認されたが,正確な感染伝播距離は施設のレイアウトや運営状況によって大きく異なる可能性がある.したがって,気流や換気条件の最適化など,感染リスクを低減するために変更できる最も重要なパラメータを決定するためには,追加の研究が必要である.

業務に関連した曝露とは対照的に,共有アパート,寝室,または相乗りは,最初のアウトブレイクでは大きな役割を果たしていないように思われる.それにもかかわらず、20206月に発生した第二次大規模アウトブレイクでは,共有アパートや車の相乗りがウイルス感染伝播に寄与した可能性を排除することはできない我々の遺伝子型解析の結果は,この第二次アウトブレイクは,最初のクラスターに関連した症例によって伝播されたという仮説と完全に一致している.しかし,より大きな集団におけるNRW-MPP-1遺伝子型の頻度に関する情報がないことを指摘しておく.この遺伝子型は519日時点ではGISAIDに寄託されておらず,ハンブルク都市圏の約1000人の感染者を対象とした独自のシークエンシング(Grundhoff and Fischer, unpublished)でも確認されていないが,NRW-MPP-1はすでに6月初旬にGütersloh地区の一般集団に広がっていた可能性がある.また食肉加工施設の生産ラインの従業員の多くが外部の下請け業者によって派遣されており,これらを相互に結び付ける感染伝播が形成されていた可能性もある.したがって,NRW-MPP-1は,すでに下請け業者の従業員において広く存在していた可能性のある遺伝子型であると考えられる.第二次アウトブレイク発生時の感染者数の多さを考えると,NRW-MPP-1遺伝子型はすでに地域住民に広がっていた可能性が高いと考えられる.したがって,上記の可能性を後ろ向きに分けることは困難である.それゆえ我々は,施設間で頻繁にPCR検査を行うことに加えて,陽性サンプルの一部に対して,定期的にウイルス遺伝子型判定を行い,分子トレーシング(molecular tracing)の実施を提案する.

Limitation:

@作業位置,アパートや移動手段の共有を含む従業者に関するすべてのデータは,従業者(MPP-R)から提供されたものであり,この情報の独立した検証を行っていない.A著者らは,現地視察を行ったが,風向や風速などの環境条件は定性的な調査にとどまっている.このことは我々の主要な結論には影響しないと考えているが,我々の調査は疫学的研究と考えるべきではない.

Conclusions

本研究は,低い空気交換率と高い再循環率を有する空気がろ過されない条件下では,SARS-CoV-2感染伝播が少なくとも8mの距離を越えて起こる可能性があることを示している.この研究の意義は食肉・水産加工業界にとって差し迫ったものであるが,これらの業界にとどまらず,将来のsuperspreadingイベントを防ぐためには,閉鎖空間における空気の質と流れの重要性を指摘するものである.

 

Appendix

作業環境について:

工場は,屠殺と食肉加工が行われるエリアに分かれている.屠畜は空気交換率の高い常温環境で行われるのに対し,牛肉と豚肉の加工は,約10℃に冷却された室内で再循環冷却空気の割合が高い状態で行われる.食肉加工工場の広さは2,800m2,高さ6.1mである(Appendix Figure S1A, B).ドイツの食品衛生法に基づき,部屋全体と生産ラインは毎日洗浄・消毒されている.現地視察当日,食肉加工工場内のエリア1とエリア2の温度は9.510.7℃、エリア3の温度は5.48.7℃であった相対湿度は,エリア1では冷却ファン直下で34%,エリア1の残りスペースでは68%,エリア2とエリア3では6771%であった(Appendix Figure S1A

冷却ファンは,フィルターはなく,再循環された空気を冷却するものである(C1-8C3-8はエリア3に向けた有孔ホースが接続されているのに対し,C1C2にはホースがない.C1C2は,温度が10℃以上に上昇した場合にのみ作動する.冷却された空気はホールを通って約12mまで上昇し排出される.食肉加工工場全体の空気交換率は1未満であるこれは,空間の空気が新鮮な空気に入れ替わるのに1時間以上かかることを意味する.冷却ファンのメーカーと仕様は以下; Guenther AG & Co. KG, Fuerstenfeldbruck, Germany, Model. S-GGHF 50Hz, Type 050.1E/17-AS, capacity 18.6kW, airflow 6,440m3/h, air throw 37m, dimensions: Length 1,363mm, Height 747mm, Depth 713mm.

Figure S1:

 

Figure S2:

 

 

References

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