S. pneumoniae часто обнаруживается в задней части полости носа, где просто «существует» и не представляет собой никакой опасности. Но когда бактерия мигрирует, то может вызвать серьезные бактериальные инфекции, такие как пневмония, сепсис и менингит — все вместе известные как инвазивное пневмококковое заболевание (IPD). По оценкам, до начала широкомасштабной вакцинации IPD вызывало около 1,6 миллиона смертей в год во всем мире, причем во многих странах с низким или средним уровнем дохода отмечались более высокие показатели заболеваемости. Наибольшему риску подвергались младенцы и пожилые люди.
Вакцины против пневмококка предотвратили миллионы инфекций. Но, как и на многие бактерии, на S. pneumoniae трудно воздействовать вакцинами, потому что инфекция может быть вызвана различными серотипами. Каждая часть вакцины обычно защищает от одного серотипа, при этом наиболее сложная пневмококковая конъюгированная вакцина (PCV13) нацелена на 13 из них. Поскольку в мире насчитывается около 100 серотипов S. pneumoniae, эффективность вакцин в разных странах варьирует в зависимости от того, какие серотипы присутствуют. Когда какие-либо серотипы выводятся из обращения конкретной вакциной, на их место встают другие.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology, смоделировало эффективность вакцин с течением времени, для оценки риска замены вакцин-целевых штаммов бактерий другими, потенциально опасными. С помощью такого подхода разработчики определили новые конструкции вакцин, которые могут помочь снизить общий уровень заболеваемости. Сотрудники трех учреждений оптимизировали компьютерную модель, чтобы сблизить эффект вакцин, направленных на различные комбинации серотипов. Затем был проведен анализ эффективности вакцин на геномных данных S. pneumoniae из Массачусетса в США и лагеря беженцев Мае Ла в Таиланде.
Сложность вакцин против S. pneumoniae означает, что возможны различные комбинации, каждая из которых по-разному влияет на заболеваемость. Например, в Maе Лa наличие 64 серотипов S. pneumoniae означает, что можно создать около 100 трлн вариантов вакцин. Это заняло бы 19 000 лет, причем большинство из них были бы не оптимальны. Исследователи разработали метод, который позволил определить наиболее эффективные варианты из триллиона возможных.
Команда обнаружила, что показатели заболеваемости IPD у младенцев в Maе Ла могут быть снижены, если исключить некоторые компоненты из вакцины PCV13, чтобы сохранить определенные серотипы бактерий на месте и предотвратить возможность их замены высокоинвазивными серотипами. В Массачусетсе вакцина, нацеленная на 20 серотипов, оказалась более эффективной, чем нынешняя PCV13. Результаты подчеркивают необходимость адаптации программ вакцинации к конкретным сообществам бактерий и учета различных возрастных групп.
Вакцинация младенцев также влияет на IPD у взрослых, тем не менее, отличия могут наблюдаться в IPD младенцев и пожилых людей в одной и той же стране, как недавно наблюдалось в Великобритании. Во многих местах пожилые люди уже получают вакцину против S. pneumoniae, которая была разработана до вакцины для младенцев. Исследование показало, что уровень заболеваемости взрослого населения может быть уменьшен почти на 50% за счет изменения дизайна вакцин для взрослых в дополнение к тем, которые вводятся младенцам.
Полученные данные совпадают с растущей тревогой по поводу угрозы устойчивости к противомикробным препаратам. Инфекции S. pneumoniae иногда резистентны к множествам антибиотиков и рассматриваются ВОЗ как приоритетная угроза. Новый подход к оптимизации вакцин поможет решить проблему заболеваемости IPD и минимизировать устойчивость к антибиотикам в популяции, а также оценивать вероятную эффективность существующей вакцины для местного населения на основе данных геномного надзора.