Patogenų vystymasis vakcinacijos programų metu

Patogenų vystymasis vakcinacijos programų metu

Neseniai paskelbta publikacija PLOS biologija apibendrino dabartinį patogenų evoliucijos supratimą.

Studie: Pathogenentwicklung während Impfkampagnen. Bildquelle: nobeastsofierce/Shutterstock

Patogeno prisitaikymas įvyksta, kai nauji variantai įgyja geresnį tinkamumą nei jų pirmtakai dabartinėje aplinkoje. Šeimininko imunitetas, nesvarbu, ar tai būtų vakcinacija, ar infekcija, gali suformuoti esamą patogenų buveinę. Naujų sunkaus ūminio kvėpavimo sindromo koronaviruso 2 (SARS-CoV-2) variantų atsiradimo greitis ir pasaulinės vakcinacijos nuo SARS-CoV-2 mastai iškėlė klausimų apie vakcinacijos poveikį viruso evoliucijai.

Laikinoji naujų patogenų evoliucinė dinamika gali apimti dvi fazes. Pirmajame etape šeimininkai yra naivūs imunitetui ir atranka skatina prisitaikymą prie šių šeimininkų. Antroje fazėje šeimininkų populiacija palaipsniui įgyja imunologinę atmintį per infekciją ar vakcinaciją, ir įvyksta atrankos poslinkiai, kurie skatina prisitaikymą prie šių imunologiškai paruoštų šeimininkų. Šiame tyrime mokslininkai ištyrė, kaip patogenai vystosi naujuose šeimininkuose, kai šeimininkai yra imunologiškai paruošti.

Patogenų ir mechanizmų adaptacija

Patogenų prisitaikymas prie imuninės sistemos nesergančių ir imuninę sistemą turinčių šeimininkų priklauso nuo naujų variantų atsiradimo ir jų tinkamumo skirtinguose šeimininkuose. Tinkamumą galima apskaičiuoti naudojant absoliučiuosius ir santykinius augimo rodiklius. Absoliutus infekcijų augimo tempas padeda nustatyti, ar variantas gali išplisti populiacijoje. Priešingai, santykinis augimo greitis rodo, ar variantas gali padažnėti ir išstumti šiuo metu dominuojantį variantą, būtent laukinį tipą.

Kad variantas pasklistų populiacijoje, absoliutus augimo tempas turi būti teigiamas. Atrankos koeficientas (skirtumas tarp varianto ir laukinio tipo augimo tempų) turi būti teigiamas, kad variantas padidintų jo santykinį dažnį. Variantai gali plisti tarp šeimininkų imuninės sistemos vengimo, slopinimo, išnaudojimo ir gyvenimo istorijos pritaikymo būdu, be kitų metodų.

Tokios savybės kaip padidėjęs afinitetas šeimininko receptoriams, pakitęs delsimas, dideli sprogimo dydžiai ir audinių tropizmo pokyčiai yra šių mechanizmų pagrindas. Tais atvejais, kai šeimininko mirtis arba hospitalizacija riboja patogeno perdavimą, infekcijos ar vakcinacijos sukeltas imunitetas gali sustiprinti perdavimą sumažindamas ligos sunkumą. Šios idėjos leidžia klasifikuoti imunitetui pritaikytus variantus dviem būdais.

Pirma, imunitetui pritaikytas variantas yra bendras, kai jis yra pritaikytas naivioms šeimininkų populiacijoms. Priešingai, imunitetui pritaikytas variantas yra specialistas, jei jis prastai prisitaikęs prie naivių šeimininkų. Kitas skirstymo į kategorijas būdas yra įvertinti, ar absoliutus augimo greitis yra palengvintas ar slopinamas imunologinio pradėjimo. Imuniteto palaikomo varianto absoliutus augimo greitis didėja didėjant paruoštų šeimininkų daliai, o imuniteto slopintų variantų – mažėja.

Imunitetas sumažina patogeno replikacijos mastą dviem būdais. Imuninis atsakas sumažina patogenų kiekį ir greitai pašalina infekciją paruoštuose šeimininkuose. Didelė paruoštų šeimininkų dalis populiacijoje sumažina užsikrėtusių šeimininkų dažnį. Veiksmingos vakcinos ir greitas jų įvedimas riboja naujų variantų atsiradimą; Tačiau prisitaikymas prie patogenų gali padidėti dėl nesandarių vakcinų, kurios visiškai neapsaugo nuo infekcijos, ir dėl lėtinių infekcijų šeimininkams, kurių imunitetas nusilpęs.

Pažymėtina, kad daugelis vakcinų nebuvo paveiktos patogeno prisitaikymo. Buvo spėliojama, kad prisitaikymo stoką lemia dvi su skiepijimu susijusios savybės. Pirma, kadangi vakcinacija yra profilaktinė, ji gali apriboti patogenų skaičių vakcinuotuose šeimininkuose ir apriboti naujų variantų atsiradimą/perdavimą. Antra, vakcinos paprastai sukelia imuninį atsaką prieš kelis patogeno taikinius, todėl patogenui sunku išvengti imuninio atsako.

SARS-CoV-2 pasekmės

Eksperimentinė evoliucija yra tiesioginis būdas ištirti, kaip vakcinos veikia prisitaikymą prie patogenų. Tik viename tyrime buvo naudojamas šis metodas, o dauguma kitų yra stebėjimo tyrimai ir daugiausia dėmesio skiriama patogenams, turintiems ilgalaikį ryšį su šeimininkais. Besikaupę įrodymai rodo, kad SARS-CoV-2 greitai prisitaiko. Epidemiologiniai duomenys rodo, kad dauguma imunitetui pritaikytų SARS-CoV-2 variantų yra imuniteto slopinimo generalistai.

Delta varianto dažnis padidėjo šalyse, kuriose yra didelis ir mažas skiepijimo lygis, o tai rodo, kad tai yra bendras variantas. Atrodo, kad naujesnis „Omicron“ variantas yra slopinamas imunitetu, nors vis dar reikia išsiaiškinti, ar „Omicron“ (sub)variantai yra specialistai, ar bendrieji. Iki šiol neatsirado imuniteto sukeltų SARS-CoV-2 variantų ir gali būti, kad tokie variantai niekada neatsiras, atsižvelgiant į turimą genetinę variaciją.

Nepaisant to, tikėtini specializuoti variantai, nes SARS-CoV-2 toliau adaptuojamas reaguojant į imunologinį pradėjimą. Be to, kovojant su SARS-CoV-2 plitimu ateityje gali prireikti naujos kartos vakcinų arba modifikuotų skiepijimo grafikų. Buvo panaudotos kelios vakcinos nuo SARS-CoV-2, o skiepijimo grafikai nuolat koreguojami.

Jei dėl šios įvairovės atsiranda imunologinis populiacijos heterogeniškumas, natūrali atranka teiktų pirmenybę skirtingiems variantams skirtingu laiku / vietomis arba leistų kartu egzistuoti keliems variantams. Todėl labai svarbu optimizuoti skiepijimo programas, kad nuolat būtų išvengta infekcijų. Kuo labiau vakcina gali slopinti perdavimą, nukreipti į skirtingus epitopus ir efektyviai slopinti infekciją bei replikaciją šeimininko viduje, tuo geriau būtų sumažinti patogeno prisitaikymo greitį.

Baigiamosios pastabos

Ankstyvosiose pandemijos stadijose galima tikėtis vis dažnesnio bendrųjų variantų. Vėliau patogeno evoliucija apima prisitaikymą prie imuniniu pagrindu sukurtų šeimininkų ir prisitaikymo prie naivių šeimininkų sumažėjimą. Imunitetas gali slopinti tiek bendrininkus, tiek specialistus, o augimo greitis mažėja, kai didėja paruoštų šeimininkų dalis.

SARS-CoV-2 variantai iki šiol buvo slopinami imunitetu ir daugelis iš jų yra bendrieji, kurių dažnis būtų padidėjęs, nepaisant vakcinacijos pastangų. Tam tikru momentu gali įvykti tolesnė adaptacija, daugėjant specialistų, nors ar jie taps imunitetą slopinančiais, ar imunitetą gerinančiais, priklausytų nuo virusinių mutacijų.

Nuoroda:

• 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