基因組學(xué)揭示了細菌之間的競爭如何影響疫苗接種的影響
肺炎鏈球菌的大規(guī)模遺傳和模擬研究為最近引入的疫苗如何消除該物種中的許多菌株以及剩余細菌競爭替代它們的機會的多種方式提供了新的見解。肺炎鏈球菌通常位于鼻腔后方，通常無害。然而，它可以移動到其他身體部位，導(dǎo)致它在英國每年導(dǎo)致數(shù)千例嚴重的肺炎球菌疾病，并且在許多低收入或中等收入國家的疾病負擔(dān)要大得多。這些感染導(dǎo)致肺炎，血流感染或腦膜炎，并且在年幼嬰兒和老年人中最常見。作為回應(yīng)，已經(jīng)引入了兩種不同的疫苗來對抗英國的肺炎鏈球菌：2006年的7價疫苗，在2010年被13價疫苗取代。自兒童開始接種疫苗以來，疫苗數(shù)量一直在下降。肺炎球菌病的發(fā)病率。
經(jīng)過幾年的常規(guī)疫苗接種后，許多肺炎鏈球菌菌株，包括最常見的致病菌株，已被淘汰。然而，細菌在鼻腔后部無害的棲息地中并沒有那么普遍。相反，疫苗靶向菌株已被其他不太常引起兒童疾病的菌株所取代。發(fā)表在“ 自然生態(tài)學(xué)與進化論 ”(Nature Ecology&Evolution)上的最新研究為如何發(fā)生這種情況提供了新的解釋。
本研究使用了三個大型基因組，在Wellcome Trust Sanger研究所測序，以跟蹤英國，美國和荷蘭的疫苗接種效果。研究人員不是研究個體菌株本身的流行變化，而是研究高度多樣化的肺炎鏈球菌群體中基因的頻率。
雖然不同的肺炎鏈球菌菌株在不同的位置占主導(dǎo)地位，但是從全基因組測序獲得的詳細信息顯示每個肺炎鏈球菌群體在基因頻率方面是相似的。在將疫苗接種計劃開始時的細菌種群與幾年后的相同位置進行比較時也是這種情況。研究人員的計算模型顯示，這種可能性很小。
為了準確探索基因頻率的動態(tài)，研究人員呼吁最近收集的大量遺傳數(shù)據(jù)和新的數(shù)學(xué)方法將計算機模擬與實際數(shù)據(jù)進行比較。由桑格研究所的感染基因組學(xué)團隊的Jukka Corander開發(fā)的新算法實現(xiàn)了更精確的建模，并且可以使用此類模型估算速率結(jié)果，最高可達10,000倍。
結(jié)果表明了特定類型的自然選擇的重要性，其中基因?qū)τ谠谙∮袝r發(fā)現(xiàn)它們的細菌更有利 - 因此稱為“負頻率依賴性選擇”。這可能是由細菌菌株之間的競爭引起的，對基因組序列的詳細分析表明了這種情況可能發(fā)生的多種方式。例如，肺炎鏈球菌細胞分泌化學(xué)物質(zhì)以防止其他菌株的生長，易受不同病毒感染，采用多種獲取營養(yǎng)物的策略，并且它們?nèi)绾伪蝗嗣庖呦到y(tǒng)識別。這些不同過程的相對重要性仍然沒有得到很好的理解。
該模型有望揭示為什么一些細菌具有如此復(fù)雜的種群結(jié)構(gòu)，使其難以通過疫苗接種完全消除。作者推測，在基因水平上發(fā)生的負頻率依賴性選擇是不同細菌種類之間的共同機制。隨著全基因組測序用于流行病學(xué)監(jiān)測變得越來越常規(guī)，這些研究將為設(shè)計更好的控制策略和更徹底地了解其后遺癥提??供有價值的基礎(chǔ)。
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