Генетика предоставила удивительное понимание того, почему вакцины, используемые как в Великобритании, так и в США для борьбы с серьезными детскими инфекциями, в конечном итоге могут потерпеть неудачу. Исследование, опубликованное сегодня в Nature Genetics, в котором изучается, как бактерии меняют свою маскировку, чтобы избежать вакцинации, имеет значение для того, как будущие вакцины могут быть более эффективными.
Пневмококк (Streptococcus pneumoniae) вызывает потенциально опасные для жизни заболевания, включая пневмонию и менингит. Считается, что от пневмококковых инфекций ежегодно умирает около миллиона маленьких детей во всем мире, хотя успех программ вакцинации привел к резкому снижению числа случаев заболевания в таких странах, как Великобритания и США. Эти вакцины распознают бактерии по полисахариду, материалу, находящемуся на внешней стороне бактериальной клетки. Есть более девяноста различных видов ?? или «серотипы» ?? бактерий, каждая с различным полисахаридным покрытием.
В 2000 году в США была представлена пневмококковая вакцина, нацеленная на семь из девяноста серотипов. Эта «7-валентная» вакцина оказалась чрезвычайно эффективной и оказала огромное влияние на снижение заболеваемости среди целевых возрастных групп. Примечательно, что вакцина также предотвратила передачу инфекции от детей младшего возраста взрослым, что привело к сокращению случаев пневмококковой инфекции на десятки тысяч ежегодно. Эта же вакцина была внедрена в Великобритании в 2006 году и имела такой же успех.
Несмотря на успех программ вакцинации, некоторым штаммам пневмококков удалось продолжить вызывать заболевание, маскируясь от вакцины. В исследовании, финансируемом Wellcome Trust, ученые из Оксфордского университета и Центров по контролю и профилактике заболеваний в Атланте изучали, что произошло после внедрения этой вакцины в США. Они использовали новейшие геномные методы в сочетании с эпидемиологией, чтобы понять, как различные серотипы пневмококковых бактерий развиваются, чтобы заменить те, на которые нацелена первоначальная вакцина.
Исследователи обнаружили бактерии, которые уклонились от вакцины, заменив участок генома, ответственный за создание полисахаридного покрытия, на тот же участок другого серотипа, не нацеленный на вакцину. Это эффективно маскировало бактерии, делая их невидимыми для вакцины. Этот обмен участками генома произошел во время процесса, известного как рекомбинация, когда одна из бактерий заменяет часть своей собственной ДНК на часть из другого типа бактерий.
Доктор Рори Боуден из Оксфордского университета объясняет: "Представьте себе, что каждый штамм бактерий пневмококка – это класс школьников, одетых в школьную форму. Если мальчик ворует из своей угловой лавки, полицейский ?? в этом случае вакцина ?? может легко определить, к какой школе он принадлежит, посмотрев на его форму. Но если мальчик обменяется свитером с другом из другой школы, полицейские больше не смогут его узнать, и он сможет сбежать. Вот как бактерии пневмококка ускользают от обнаружения вакциной."
Доктор Боуден и его коллеги идентифицировали ряд рекомбинированных серотипов, которым удалось избежать вакцинации. Один, в частности, увеличился по частоте и распространился по США с востока на запад за несколько лет. Они также показали, что во время рекомбинации бактерии одновременно обменивали ряд других частей генома – феномен, никогда ранее не наблюдавшийся в естественных популяциях пневмококков. Это вызывает особую озабоченность, поскольку рекомбинация с участием нескольких фрагментов ДНК позволяет быстро обмениваться ключевыми областями генома внутри жука, потенциально позволяя ему быстро развить устойчивость к антибиотикам.
Первоначальная 7-валентная вакцина в США теперь заменена 13-валентной вакциной, которая нацелена на тринадцать различных серотипов, включая особый тип, который не использовался в оригинальной вакцине. В Великобритании 7-валентная вакцина привела к значительному снижению заболеваемости в целом. Этот общий эффект представлял собой смесь большого падения частоты серотипов, на которые нацелена вакцина, с некоторым ростом серотипов, не нацеленных вакциной. 13-валентная вакцина была представлена в Великобритании в 2010 году.
Деррик Крук, профессор микробиологии Оксфордского университета и доктор инфекционного контроля больниц Оксфордского университета NHS Trust, добавляет: "Детские вакцины очень эффективны для снижения заболеваемости и смертности на этапе нашей жизни, когда мы подвержены серьезным инфекциям. Важно понимать, что делает вакцину успешной, а что может вызвать ее несостоятельность. Теперь мы должны лучше понять, что происходит, когда пневмококковая вакцина вводится новой популяции. Наша работа предполагает, что текущие стратегии по разработке новых вакцин в значительной степени эффективны, но могут не иметь таких успешных долгосрочных эффектов, как ожидалось."
Доктор Бернард Билл, ученый из Центров по контролю и профилактике заболеваний, прокомментировал: "Текущая стратегия вакцинации, направленная на нацеливание на преобладающие серотипы пневмококков, чрезвычайно эффективна, однако наши наблюдения показывают, что организм будет продолжать адаптироваться к этой стратегии с некоторым измеримым успехом."
Wellcome Trust, которая частично финансировала это исследование, рассматривает борьбу с инфекционными заболеваниями и максимизацию пользы для здоровья от генетических исследований как два своих стратегических приоритета. Д-р Майкл Данн, руководитель отдела молекулярных и физиологических наук Wellcome Trust, прокомментировал: "Новые технологии позволяют нам быстро определять последовательность болезнетворных организмов и наблюдать за их развитием. В сочетании с сотрудничеством с эпидемиологами мы можем затем отслеживать, как они распространяются, и отслеживать потенциальное влияние, которое это окажет на эффективность вакцины. Это даст полезные уроки для стратегий внедрения вакцины."