Patogēnu attīstība vakcinācijas programmu laikā

Patogēnu attīstība vakcinācijas programmu laikā

Nesen publicēta publikācija PLOS bioloģija apkopoja pašreizējo izpratni par patogēnu evolūciju.

Studie: Pathogenentwicklung während Impfkampagnen. Bildquelle: nobeastsofierce/Shutterstock

Patogēna adaptācija notiek, kad jauni varianti iegūst lielāku piemērotību nekā to priekšgājēji pašreizējā vidē. Saimnieka imunitāte, izmantojot vakcināciju vai infekciju, var veidot esošo patogēnu dzīvotni. Ātrums, ar kādu ir parādījušies jauni smaga akūta respiratorā sindroma koronavīrusa 2 (SARS-CoV-2) varianti, un globālo SARS-CoV-2 vakcinācijas pasākumu mērogs ir radījis jautājumus par vakcinācijas ietekmi uz vīrusa attīstību.

Jaunu patogēnu laika evolūcijas dinamika var aptvert divas fāzes. Pirmajā fāzē saimnieki ir imūni naivi, un atlase veicina adaptāciju šiem saimniekiem. Otrajā fāzē saimnieku populācija pakāpeniski iegūst imunoloģisko atmiņu, izmantojot infekciju vai vakcināciju, un notiek atlases maiņas, kas veicina adaptāciju šiem imunoloģiski sagatavotajiem saimniekiem. Šajā pētījumā pētnieki pētīja, kā patogēni attīstās jaunos saimniekos, kad saimnieki ir imunoloģiski sagatavoti.

Patogēnu un mehānismu pielāgošana

Patogēnu pielāgošanās saimniekiem, kas nav imūni un ar imunitāti sagatavoti, ir atkarīga no jaunu variantu rašanās un to piemērotības dažādiem saimniekiem. Fitness var tikt aprēķināts, izmantojot absolūto un relatīvo pieauguma ātrumu. Infekciju absolūtais pieauguma ātrums palīdz noteikt, vai kāds variants varētu izplatīties populācijā. Turpretim relatīvais augšanas ātrums norāda, vai variants varētu palielināt biežumu un izspiest pašlaik dominējošo variantu, proti, savvaļas tipu.

Lai variants izplatītos pa populāciju, absolūtajam pieauguma tempam jābūt pozitīvam. Atlases koeficientam (starpībai starp varianta un savvaļas tipa augšanas ātrumiem) jābūt pozitīvam, lai variants palielinātu tā relatīvo biežumu. Varianti var izplatīties starp saimniekiem, cita starpā izmantojot imūnsistēmas izvairīšanos, nomākšanu, ekspluatāciju un dzīves vēstures pielāgojumus.

Šo mehānismu pamatā ir tādas pazīmes kā palielināta afinitāte pret saimnieka receptoriem, mainīts latentums, lieli uzliesmojuma izmēri un izmaiņas audu tropismā. Gadījumos, kad saimnieka nāve vai hospitalizācija ierobežo patogēna pārnešanu, infekcijas vai vakcinācijas izraisīta imunitāte varētu veicināt pārnešanu, samazinot slimības smagumu. Šīs idejas noved pie imunitātei pielāgotu variantu klasifikācijas divos veidos.

Pirmkārt, imunitātei pielāgots variants ir vispārējs, ja tas ir pielāgots naivām saimnieku populācijām. Turpretim imunitātei pielāgots variants ir speciālists, ja tas ir slikti pielāgots naiviem saimniekiem. Vēl viens kategorizēšanas veids ir novērtēt, vai absolūto augšanas ātrumu veicina vai kavē imunoloģiskā sagatavošana. Imunitātes atbalstīta varianta absolūtais augšanas ātrums palielinās, palielinoties primāro saimniekorganismu īpatsvaram, savukārt imunitātes inhibētiem variantiem tas samazinās.

Imunitāte samazina patogēna replikācijas apjomu divos veidos. Imūnā atbilde samazina patogēnu slodzi un ātri attīra infekciju sagatavotos saimniekos. Lielais sagatavoto saimniekorganismu īpatsvars populācijā samazina inficēto saimnieku biežumu. Efektīvas vakcīnas un to ātra ieviešana ierobežo jaunu variantu rašanos; Tomēr pielāgošanās patogēniem var palielināties noplūdušo vakcīnu dēļ, kas pilnībā nenovērš infekciju, un hronisku infekciju dēļ saimniekiem ar novājinātu imūnsistēmu.

Jāatzīmē, ka daudzas vakcīnas nav skārušas patogēnu adaptāciju. Ir spekulēts, ka adaptācijas trūkums ir saistīts ar divām ar vakcināciju saistītām īpašībām. Pirmkārt, tā kā vakcinācija ir profilaktiska, tā var ierobežot patogēnu skaitu vakcinētajos saimniekos un ierobežot jaunu variantu rašanos/pārnešanu. Otrkārt, vakcīnas parasti izraisa imūnās atbildes reakcijas pret vairākiem patogēna mērķiem, tādējādi patogēnam ir grūti izvairīties no imūnreakcijām.

Ietekme uz SARS-CoV-2

Eksperimentālā evolūcija ir tiešs veids, kā izpētīt, kā vakcīnas ietekmē pielāgošanos patogēniem. Tikai vienā pētījumā ir izmantota šī pieeja, savukārt lielākā daļa citu ir novērošanas pētījumi un koncentrējas uz patogēniem ar ilgstošu saistību ar saimniekiem. Uzkrājošie pierādījumi liecina par strauju SARS-CoV-2 adaptīvo attīstību. Epidemioloģiskie dati liecina, ka lielākā daļa imunitātei pielāgoto SARS-CoV-2 variantu ir imunitātes inhibēti vispārēji.

Delta varianta biežums palielinājās valstīs ar augstu un zemu vakcinācijas līmeni, kas liecina, ka tas ir vispārējs variants. Šķiet, ka arī jaunākais Omicron variants ir imūninhibēts, lai gan joprojām ir jānoskaidro, vai Omicron (apakš)varianti ir speciālisti vai vispārēji. Līdz šim nav parādījušies ar imunitāti saistīti SARS-CoV-2 varianti, un ir iespējams, ka šādi varianti nekad neparādītos atkarībā no pieejamās ģenētiskās variācijas.

Tomēr, iespējams, ir specializēti varianti, jo SARS-CoV-2 tiek tālāk pielāgots, reaģējot uz imunoloģisko sagatavošanu. Turklāt, lai cīnītos pret SARS-CoV-2 attīstību, nākotnē var būt nepieciešamas nākamās paaudzes vakcīnas vai mainīti vakcinācijas grafiki. Ir izmantotas vairākas vakcīnas pret SARS-CoV-2, un vakcinācijas grafiki tiek pastāvīgi pielāgoti.

Ja šī daudzveidība izraisa imunoloģisku neviendabīgumu populācijā, dabiskā atlase dotu priekšroku dažādiem variantiem dažādos laikos/vietās vai ļautu līdzāspastāvēt vairākiem variantiem. Tāpēc ir ļoti svarīgi optimizēt vakcinācijas programmas, lai nepārtraukti ierobežotu infekcijas. Jo vairāk vakcīna var nomākt transmisiju, mērķēt uz dažādiem epitopiem un efektīvi kavēt infekciju un replikāciju saimniekorganismā, jo labāk būtu samazināt patogēna adaptācijas ātrumu.

Noslēguma piezīmes

Pandēmiju sākumposmā var sagaidīt pieaugošu vispārēju variantu biežumu. Vēlāk patogēnu evolūcija ietver pielāgošanos imūnsistēmu sagatavotiem saimniekiem un adaptācijas samazināšanos naiviem saimniekiem. Imunitāte varētu kavēt gan ģenerālistus, gan speciālistus, augšanas ātrumam samazinoties, palielinoties sagatavoto saimnieku īpatsvaram.

SARS-CoV-2 varianti līdz šim ir bijuši imūninhibēti, un daudzi no tiem ir vispārēji, kuru biežums būtu palielinājies neatkarīgi no vakcinācijas centieniem. Kādā brīdī turpmāka adaptācija varētu notikt, palielinoties speciālistu skaitam, lai gan tas, vai viņi kļūs par imunitāti inhibējošiem vai imunitāti veicinošiem, būtu atkarīgs no vīrusu mutācijām.

Atsauce:

• 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