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HUMAN MOBILITY PATTERNS TO INFORM SAMPLING SITES FOR EARLY PATHOGEN DETECTION AND ROUTES OF SPREAD: A NETWORK MODELING AND VALIDATION STUDY
Author
Affilliation
Universidade Federal Rural de Pernambuco. Departamento de Ciência da Computação. Recife, PE, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Centro de Integração de Dados e Conhecimento para Saúde. Salvador, BA, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Fundação Rondônia Oswaldo Cruz. Porto Velho, RO, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Laboratório de Medicina e Saúde Pública de Precisão. Salvador, BA, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Centro de Integração de Dados e Conhecimento para Saúde. Salvador, BA, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Centro de Integração de Dados e Conhecimento para Saúde. Salvador, BA, Brasil / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Laboratório de Medicina e Saúde Pública de Precisão. Salvador, BA, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Centro de Integração de Dados e Conhecimento para Saúde. Salvador, BA, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Centro de Integração de Dados e Conhecimento para Saúde. Salvador, BA, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Fundação Rondônia Oswaldo Cruz. Porto Velho, RO, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Laboratório de Medicina e Saúde Pública de Precisão. Salvador, BA, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Centro de Integração de Dados e Conhecimento para Saúde. Salvador, BA, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Centro de Integração de Dados e Conhecimento para Saúde. Salvador, BA, Brasil / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Laboratório de Medicina e Saúde Pública de Precisão. Salvador, BA, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Gonçalo Moniz. Centro de Integração de Dados e Conhecimento para Saúde. Salvador, BA, Brasil.
Abstract
Background: Detecting and foreseeing pathogen dispersion is crucial in preventing widespread disease transmission. Human mobility is a critical issue in human transmission of infectious agents. Through a mobility data-driven approach, we determined municipalities in Brazil that could make up an advanced sentinel network, allowing for early detection of circulating pathogens and their associated transmission routes. Methods: We compiled a comprehensive dataset on intercity mobility spanning air, road, and waterway transport, and constructed a graph-based representation of Brazil’s mobility network.The Ford-Fulkerson algorithm, coupled with centrality measures, were employed to rank cities according to their suitability as sentinel hubs. Findings: Our results disentangle the complex transportation network of Brazil, with flights alone transporting 79·9 million (CI 58·3 to 10·1 million) passengers annually during 2017-22, seasonal peaks occurring in late spring and summer, and roadways with a maximum capacity of 78·3 million passengers weekly. We ranked the 5,570 Brazilian cities to offer flexibility in prioritizing locations for early pathogen detection through clinical sample collection. Our findings are validated by epidemiological and genetic data independently collected during the SARS-CoV-2 pandemic period. The mobility-based spread model defined here was able to
recapitulate the actual dissemination patterns observed during the pandemic. By providing essential clues for effective pathogen surveillance, our results have the potential to inform public health policy and improve future pandemic response efforts. Interpretation: Our results unlock the potential of designing country-wide clinical sample collection networks using data-informed approaches, an innovative practice that can improve current surveillance systems.
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