Vývoj patogénov počas očkovacích programov

Vývoj patogénov počas očkovacích programov

Nedávna publikácia v biológia PLOS zhrnul súčasné chápanie evolúcie patogénov.

Studie: Pathogenentwicklung während Impfkampagnen. Bildquelle: nobeastsofierce/Shutterstock

Adaptácia patogénu nastáva, keď nové varianty získajú väčšiu kondíciu ako ich predchodcovia v súčasnom prostredí. Imunita hostiteľa, či už prostredníctvom očkovania alebo infekcie, by mohla formovať existujúci biotop pre patogény. Rýchlosť, s akou sa objavili nové varianty závažného akútneho respiračného syndrómu koronavírus 2 (SARS-CoV-2), a rozsah celosvetového úsilia o očkovanie proti SARS-CoV-2 vyvolali otázky o vplyve očkovania na vývoj vírusu.

Časová evolučná dynamika nových patogénov môže zahŕňať dve fázy. V prvej fáze sú hostitelia imunitne naivní a selekcia uprednostňuje adaptáciu na týchto hostiteľov. V druhej fáze hostiteľská populácia postupne získava imunologickú pamäť prostredníctvom infekcie alebo očkovania a dochádza k selekčným posunom, ktoré uprednostňujú adaptáciu na týchto imunologicky pripravených hostiteľov. V tejto štúdii výskumníci skúmali, ako sa patogény vyvíjajú v nových hostiteľoch, keď sú hostitelia imunologicky primovaní.

Adaptácia patogénov a mechanizmov

Adaptácia patogénov na imunitne naivných a imunitne primovaných hostiteľov závisí od objavenia sa nových variantov a ich zdatnosti v rôznych hostiteľoch. Fitness sa dá vypočítať pomocou absolútnej a relatívnej miery rastu. Absolútna miera rastu infekcií pomáha určiť, či by sa variant mohol rozšíriť v populácii. Na rozdiel od toho relatívna rýchlosť rastu naznačuje, či by sa mohol variant zvýšiť vo frekvencii a vytlačiť v súčasnosti dominantný variant, konkrétne divoký typ.

Aby sa variant rozšíril medzi populáciu, musí byť absolútna miera rastu kladná. Selekčný koeficient (rozdiel medzi rýchlosťami rastu variantu a divokého typu) musí byť pozitívny, aby variant zvýšil svoju relatívnu frekvenciu. Varianty by sa mohli šíriť medzi hostiteľmi okrem iného prostredníctvom vyhýbania sa imunite, supresie, využívania a adaptácií na životnú históriu.

Funkcie, ako je zvýšená afinita k hostiteľským receptorom, zmenená latencia, veľké veľkosti vzplanutia a zmeny v tropizme tkaniva, sú základom týchto mechanizmov. V prípadoch, keď smrť hostiteľa alebo hospitalizácia obmedzuje prenos patogénu, imunita vyvolaná infekciou alebo očkovaním by mohla zvýšiť prenos znížením závažnosti ochorenia. Tieto myšlienky vedú k klasifikácii variantov prispôsobených imunite dvoma spôsobmi.

Po prvé, variant prispôsobený imunite je všeobecný, keď je prispôsobený naivným hostiteľským populáciám. Naproti tomu imunitne adaptovaný variant je špecialistom, ak je zle prispôsobený naivným hostiteľom. Ďalším spôsobom kategorizácie je posúdiť, či je absolútna rýchlosť rastu uľahčená alebo inhibovaná imunologickým primingom. Absolútna rýchlosť rastu variantu s podporou imunity sa zvyšuje so zvyšujúcim sa podielom primárne aktivovaných hostiteľov, zatiaľ čo v prípade variantov s inhibovanou imunitou klesá.

Imunita znižuje rozsah replikácie patogénu dvoma spôsobmi. Imunitná odpoveď minimalizuje záťaž patogénom a rýchlo odstraňuje infekciu v primovaných hostiteľoch. Vysoký podiel pripravených hostiteľov v populácii znižuje frekvenciu infikovaných hostiteľov. Účinné vakcíny a ich rýchle zavedenie obmedzujú vznik nových variantov; Adaptácia na patogény by sa však mohla zvýšiť v dôsledku netesných vakcín, ktoré úplne nezabránia infekcii, a v dôsledku chronických infekcií u hostiteľov s oslabenou imunitou.

Je pozoruhodné, že mnohé vakcíny neboli ovplyvnené adaptáciou patogénu. Špekulovalo sa, že nedostatok adaptácie je spôsobený dvoma charakteristikami spojenými s očkovaním. Po prvé, pretože očkovanie je profylaktické, môže obmedziť počet patogénov u očkovaných hostiteľov a obmedziť vznik/prenos nových variantov. Po druhé, vakcíny vo všeobecnosti spúšťajú imunitné reakcie proti viacerým cieľom patogénu, čo sťažuje patogénu vyhnúť sa imunitným reakciám.

Dôsledky pre SARS-CoV-2

Experimentálny vývoj je priamym spôsobom, ako študovať, ako vakcíny ovplyvňujú adaptáciu na patogény. Iba jedna štúdia použila tento prístup, zatiaľ čo väčšina ostatných sú pozorovacie štúdie a zameriavajú sa na patogény s dlhodobým spojením s hostiteľmi. Hromadné dôkazy naznačujú rýchly adaptívny vývoj SARS-CoV-2. Epidemiologické údaje naznačujú, že väčšina variantov SARS-CoV-2 adaptovaných na imunitu sú generalisti s inhibovanou imunitou.

Frekvencia variantu Delta sa zvýšila v krajinách s vysokou a nízkou zaočkovanosťou, čo naznačuje, že ide o všeobecný variant. Zdá sa, že novší variant Omicron je tiež inhibovaný imunitou, aj keď je ešte potrebné objasniť, či (sub-)varianty Omicron sú špecialisti alebo všeobecní lekári. Doteraz sa neobjavili žiadne imunitou sprostredkované varianty SARS-CoV-2 a je možné, že takéto varianty sa nikdy neobjavia v závislosti od dostupnej genetickej variácie.

Špecializované varianty sú však pravdepodobné, pretože SARS-CoV-2 prechádza ďalšou adaptáciou v reakcii na imunologické primovanie. Okrem toho môžu byť v budúcnosti potrebné vakcíny novej generácie alebo upravené očkovacie plány na boj proti rozvoju SARS-CoV-2. Proti SARS-CoV-2 sa použilo niekoľko vakcín a očkovacie schémy sa neustále upravujú.

Ak táto diverzita vedie k imunologickej heterogenite v populácii, prirodzený výber by uprednostňoval rôzne varianty v rôznych časoch/miestach alebo by umožnil koexistenciu viacerých variantov. Preto je kľúčové optimalizovať programy očkovania tak, aby neustále potláčali infekcie. Čím viac môže vakcína potlačiť prenos, zamerať sa na rôzne epitopy a účinne inhibovať infekciu a replikáciu v hostiteľovi, tým lepšie by bolo znížiť rýchlosť adaptácie patogénu.

Záverečné poznámky

V počiatočných štádiách pandémií možno očakávať zvyšujúcu sa frekvenciu generalistických variantov. Neskôr evolúcia patogénov zahŕňa adaptácie na imunitne aktivovaných hostiteľov a zníženie adaptácie na naivných hostiteľov. Imunita by mohla brzdiť tak všeobecných, ako aj špecialistov, pričom rýchlosť rastu sa znižuje so zvyšujúcim sa podielom aktivovaných hostiteľov.

Varianty SARS-CoV-2 boli doteraz imunoinhibované a mnohé z nich sú všeobecní, ktorých frekvencia by sa zvýšila bez ohľadu na úsilie o očkovanie. V určitom bode by mohlo dôjsť k ďalšej adaptácii prostredníctvom šírenia špecialistov, aj keď to, či sa stanú imunitou inhibujúcimi alebo uľahčujúcimi imunitu, bude závisieť od vírusových mutácií.

Referencia:

• 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