Patogeenien kehittyminen rokotusohjelmien aikana

Patogeenien kehittyminen rokotusohjelmien aikana

Tuore julkaisu vuonna PLOS-biologia tiivisti nykyisen käsityksen patogeenien evoluutiosta.

Studie: Pathogenentwicklung während Impfkampagnen. Bildquelle: nobeastsofierce/Shutterstock

Patogeenien sopeutuminen tapahtuu, kun uudet muunnelmat saavuttavat paremman sopivuuden kuin edeltäjänsä nykyisessä ympäristössä. Isännän immuniteetti, joko rokotuksen tai infektion kautta, voi muokata taudinaiheuttajien olemassa olevaa elinympäristöä. Vakavan akuutin hengitystieoireyhtymän koronavirus 2:n (SARS-CoV-2) uusien muunnelmien syntynopeus ja maailmanlaajuisten SARS-CoV-2-rokotustoimien laajuus ovat herättäneet kysymyksiä rokotusten vaikutuksesta viruksen evoluutioon.

Uusien patogeenien ajallinen evoluutiodynamiikka voi kattaa kaksi vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa isännät ovat immuunittomia ja valinta suosii sopeutumista näihin isäntiin. Toisessa vaiheessa isäntäpopulaatio hankkii vähitellen immunologisen muistin infektion tai rokotuksen kautta, ja tapahtuu selektiomuutoksia, jotka suosivat mukautumista näihin immunologisesti valmistettuihin isäntiin. Tässä tutkimuksessa tutkijat tutkivat, kuinka patogeenit kehittyvät uusissa isännissä, kun isännät on immunologisesti esikäsitelty.

Patogeenien ja mekanismien mukauttaminen

Patogeenien sopeutuminen immuuni-naiiveihin ja immuunivalmiisiin isäntiin riippuu uusien varianttien ilmaantumisesta ja niiden sopivuudesta eri isännissä. Kunto voidaan laskea käyttämällä absoluuttisia ja suhteellisia kasvunopeuksia. Infektioiden absoluuttinen kasvunopeus auttaa määrittämään, voisiko variantti levitä väestössä. Sitä vastoin suhteellinen kasvunopeus osoittaa, voisiko muunnelman esiintymistiheys lisääntyä ja syrjäyttää tällä hetkellä hallitsevan variantin, nimittäin villityypin.

Jotta muunnelma leviäisi väestössä, absoluuttisen kasvunopeuden on oltava positiivinen. Valikointikertoimen (muunnelman ja villityypin kasvunopeuksien välinen ero) on oltava positiivinen, jotta variantti lisää suhteellista esiintymistiheyttä. Variantit voivat levitä isäntien välillä immuunikierron, tukahdutuksen, hyväksikäytön ja elämänhistorian mukauttamisen kautta muun muassa muiden menetelmien avulla.

Ominaisuudet, kuten lisääntynyt affiniteetti isäntäreseptoreihin, muuttunut latenssi, suuret purskeiden koot ja muutokset kudostropismissa, tukevat näitä mekanismeja. Tapauksissa, joissa isännän kuolema tai sairaalahoito rajoittaa taudinaiheuttajan leviämistä, infektion tai rokotuksen aiheuttama immuniteetti voi tehostaa tartuntaa vähentämällä taudin vakavuutta. Nämä ajatukset johtavat immuniteettisopeutuneiden varianttien luokitteluun kahdella tavalla.

Ensinnäkin immuniteettisopeutunut variantti on yleinen, kun se on mukautettu naiiveihin isäntäpopulaatioihin. Sitä vastoin immuunisopeutunut variantti on asiantuntija, jos se on huonosti sopeutunut naiiveihin isänteihin. Toinen tapa luokitella on arvioida, helpottaako tai estääkö immunologinen esikäsittely absoluuttista kasvunopeutta. Immuniteetilla tuetun muunnelman absoluuttinen kasvunopeus kasvaa esikäsiteltyjen isäntien osuuden kasvaessa, kun taas se laskee immuniteetti-inhiboitujen varianttien kohdalla.

Immuniteetti vähentää patogeenin replikaation laajuutta kahdella tavalla. Immuunivaste minimoi taudinaiheuttajakuormituksen ja poistaa nopeasti tartunnan esikäsitellyissä isännissä. Valmistettujen isäntien suuri osuus populaatiossa vähentää infektoituneiden isäntien esiintymistiheyttä. Tehokkaat rokotteet ja niiden nopea käyttöönotto rajoittavat uusien varianttien syntymistä; Sopeutuminen taudinaiheuttajiin saattaa kuitenkin lisääntyä vuotavien rokotteiden vuoksi, jotka eivät täysin estä infektiota, ja kroonisten infektioiden vuoksi immuunipuutteisilla isännillä.

On huomattava, että patogeenien sopeutuminen ei ole vaikuttanut moniin rokotteisiin. On arveltu, että sopeutumisen puute johtuu kahdesta rokottamiseen liittyvästä ominaisuudesta. Ensinnäkin, koska rokotus on profylaktinen, se voi rajoittaa patogeenien määrää rokotetuissa isännissä ja rajoittaa uusien varianttien ilmaantumista/välittymistä. Toiseksi rokotteet laukaisevat yleensä immuunivasteita useita taudinaiheuttajan kohteita vastaan, mikä tekee taudinaiheuttajan vaikeaksi välttää immuunivasteita.

Vaikutukset SARS-CoV-2:een

Kokeellinen evoluutio on suora tapa tutkia, miten rokotteet vaikuttavat sopeutumiseen patogeeneihin. Vain yhdessä tutkimuksessa on käytetty tätä lähestymistapaa, kun taas useimmat muut ovat havainnointitutkimuksia ja keskittyvät patogeeneihin, joilla on pitkäaikainen yhteys isäntien kanssa. Kertyvä näyttö viittaa SARS-CoV-2:n nopeaan mukautuvaan kehitykseen. Epidemiologiset tiedot osoittavat, että useimmat immuniteettiin mukautetut SARS-CoV-2-variantit ovat immuniteetin estyneitä yleisiä.

Delta-variantin esiintymistiheys lisääntyi maissa, joissa rokotusasteet ovat korkeat ja alhaiset, mikä viittaa siihen, että se on yleinen variantti. Uudempi Omicron-variantti näyttää myös olevan immuuni-inhiboitu, vaikka on vielä selvitettävä, ovatko Omicronin (ala)variantit asiantuntijoita vai yleisiä. Immuunivälitteisiä SARS-CoV-2-variantteja ei ole tähän mennessä syntynyt, ja on mahdollista, että sellaisia ​​variantteja ei koskaan syntyisi käytettävissä olevan geneettisen muunnelman mukaan.

Erikoistuneet variantit ovat kuitenkin todennäköisiä, koska SARS-CoV-2 mukautuu edelleen vasteena immunologiselle esikäsittelylle. Lisäksi seuraavan sukupolven rokotteita tai muutettuja rokotusaikatauluja voidaan tarvita tulevaisuudessa SARS-CoV-2:n kehittymisen estämiseksi. SARS-CoV-2:ta vastaan ​​on käytetty useita rokotteita, ja rokotusaikatauluja muutetaan jatkuvasti.

Jos tämä monimuotoisuus johtaa populaation immunologiseen heterogeenisyyteen, luonnollinen valinta suosii eri variantteja eri aikoina/paikoissa tai sallisi useiden varianttien olemassaolon rinnakkain. Siksi on ratkaisevan tärkeää optimoida rokotusohjelmat infektioiden hillitsemiseksi jatkuvasti. Mitä enemmän rokote voi tukahduttaa tartunnan, kohdentaa eri epitooppeja ja estää tehokkaasti infektiota ja replikaatiota isännässä, sitä parempi olisi vähentää patogeenin sopeutumisnopeutta.

Loppuhuomautukset

Pandemioiden alkuvaiheessa voidaan odottaa yleistyvien varianttien yleistymistä. Myöhemmin patogeenien evoluutio sisältää mukautumisia immuunivalmiisiin isäntiin ja sopeutumisen vähenemisen naiiveihin isäntiin. Immuniteetti voisi estää sekä generalisteja että asiantuntijoita kasvunopeuden hidastuessa esikäsiteltyjen isäntien osuuden kasvaessa.

SARS-CoV-2-variantit ovat toistaiseksi olleet immuuni-inhiboituja, ja monet niistä ovat yleisiä, joiden esiintymistiheys olisi lisääntynyt rokotuspyrkimyksistä huolimatta. Jossain vaiheessa lisäsopeutuminen voi tapahtua asiantuntijoiden lisääntymisen kautta, vaikka heistä tulee immuniteettia estäviä tai immuniteettia helpottavia, riippuisi virusmutaatioista.

Viite:

• Day T, Kennedy DA, Read AF, Gandon S. (2022). Pathogenentwicklung während Impfkampagnen. PLoS-Biologie. doi: 10.1371/journal.pbio.3001804 https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3001804