遗传学为在英国和美国使用预防严重儿童感染的疫苗无效的原因提供了令人惊讶的深刻见解。发表在Nature Genetics上的一项研究,调查了细菌是如何改变它们的伪装来逃避疫苗,这可以为未来更有效的疫苗的研制提供依据。
肺炎球菌(肺炎链球菌)会引起包括肺炎和脑膜炎在内威胁生命的疾病。虽然疫苗项目的成功已经显著的减少了英国和美国等国家的病例数,每年肺炎球菌感染在全球范围内导致了近一百万名儿童的死亡。这些疫苗通过多聚糖辨认细菌,多聚糖是细菌外表面的物质。有超过90种不同的细菌,或血清型不同的细菌,每一种都有不同的多聚糖外衣。
在2000年,美国介绍了一种肺炎球菌疫苗——其靶目标是90中血清型中的中7种。这种7-化合价的疫苗极其有效,对靶向年龄范围内的疾病降低有显著的效果。该疫苗同样能显著预防疾病从儿童传播给成年人,使得每年肺炎球菌的病例减少了近万人。同样的疫苗在2006年起用于英国并产生同样成功的疗效。
尽管疫苗项目取得了成功,一些肺炎链球菌通过伪装逃避疫苗继续引起疾病。在由Wellcome Trust资助的研究中,牛津大学和亚特兰大疾病预防控制中心的科学家们研究了在美国应用该疫苗后的情况。他们使用最新的遗传学技术结合流行病学调查了不同血清型的肺炎球菌是如何发生演变来代替那些被疫苗所瞄准的细菌的。
研究者们发现细菌通过和其他血清型的细菌交换编码多聚糖外壳的基因来逃避疫苗。这有效的伪装了细菌,使其对疫苗“隐身”。这个交换基因区域的过程称为重组,就是一个细菌用它自身的DNA交换其他类型的细菌的DNA。
牛津大学的Dr Rory Bowden解释道:“将每一类型的肺炎球菌想象成穿着相同校服的一个班级的学生。如果男孩从店里偷了东西,那么***(在现在的情况下就是疫苗)很容易通过其校服辨认出它是属于哪个学校的。但是如果男孩穿的是来自其他学校的他的朋友的校服,那***察就不能辨认他并且会让他逃脱。这就是肺炎球菌是如何逃避疫苗的追踪的。”
Dr Bowden和他的同事们确定了一系列重组后能逃避疫苗的亚型。有一个是经常出现并在近几年从美国东部传播到西部亚型。他们同样提出在重组过程中,细菌同时进行了基因其他部分的交换,这种现象在肺炎球菌的自然种群中从来没有观察到过的。这尤其引起关注是因为重组过程牵涉了DNA多个片段的交换,使得细菌能够快速同时交换基因中的关键区,这可以促使它快速发展成耐药的类型。
美国最初的7-价疫苗现在已经被13-价的疫苗代替,其治疗范围是13中不同的血清型,包括能逃避最初疫苗的那一型。在英国,7-价疫苗整体上使得疾病出现减少。这个整体作用是因为疫苗所针对的血清型的出现的减少和非疫苗针对的血清型的的增多。13-价疫苗在2010年引进到英国。
牛津大学微生物学系教授、NHS Trust 牛津大学医院感染控制医师Derrick Crook补充道:“当我们暴露于严重感染的时候,儿童期疫苗在我们的一生中能有效减少疾病和死亡发生。理解疫苗有效的原因和其失效的原因是极其重要的。我们应该能更好的理解当肺炎球菌疫苗应用于一个新的人群中时会发生什么。我们的工作提示目前制作疫苗的策略是有效的,但可能不会像我们期望的那样长期有效。”
疾病预防控制中心的科学家Dr Bernard Beall评价到:“目前的疫苗策略针对的是主要的肺炎球菌血清型,是极其有效的。然而,我们的观察提示该物种会继续适应这种策略,并且这种成功逃避是可以被量化的。”
Wellcome Trust资助了该研究的一部分,其目标是治疗感染性疾病和使基因研究最大化的有益于公众健康。Wellcome Trust 的Molecular and Physiological Sciences 部门负责人Dr Michael Dunn评价到:“新技术使得我们能够快速定位引起疾病的生物并了解它们是如何逃避治疗的。和流行病学家共同合作,我们能够定位它们的传播方式和监测它们对疫苗疗效的作用。这对于疫苗应用能提供有用信息。”
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