Uno studio genetico e modellistico su larga scala di Streptococcus pneumoniae ha fornito nuove informazioni su come i vaccini recentemente introdotti abbiano eliminato molti ceppi dalla specie, ei diversi modi in cui i batteri rimanenti competono per la possibilità di sostituirli.

S. pneumoniae si trova solitamente al di là della parte posteriore della cavità nasale, dove è normalmente innocuo. Però, può spostarsi in altri siti corporei, causando migliaia di casi di grave malattia pneumococcica ogni anno nel Regno Unito, e un carico di malattia molto maggiore in molti paesi a basso o medio reddito. Queste infezioni provocano polmonite, infezioni del flusso sanguigno o meningite, e sono più comuni nei bambini piccoli e negli anziani. In risposta, due diversi vaccini sono stati introdotti per combattere S. pneumoniae nel Regno Unito:il vaccino 7-valente nel 2006, sostituito dal vaccino 13-valente nel 2010. Da quando i bambini hanno iniziato a ricevere il vaccino, c'è stata una diminuzione dell'incidenza della malattia pneumococcica.

Dopo alcuni anni di vaccinazione di routine molti ceppi di S. pneumoniae, compresi quelli che causano più malattie, era stato eliminato. Ancora, i batteri non sono diventati meno comuni nel loro habitat innocuo nella parte posteriore della cavità nasale. Invece i ceppi mirati al vaccino sono stati sostituiti da altri che causano meno frequentemente malattie nei bambini. Le ultime ricerche, pubblicato in Natura Ecologia &Evoluzione , fornisce una nuova spiegazione su come ciò possa verificarsi.

Questo studio ha utilizzato tre grandi raccolte di genomi, sequenziato al Wellcome Trust Sanger Institute, seguire gli effetti della vaccinazione nel Regno Unito, STATI UNITI D'AMERICA, e Paesi Bassi. Piuttosto che guardare al cambiamento nella prevalenza dei ceppi individuali stessi, i ricercatori hanno esaminato le frequenze dei geni all'interno della popolazione altamente diversificata di S. pneumoniae.

Mentre diversi ceppi di S. pneumoniae dominano in luoghi diversi, le informazioni dettagliate disponibili dal sequenziamento dell'intero genoma hanno rivelato che ogni popolazione di S. pneumoniae era simile in termini di frequenze geniche. Questo era anche il caso quando si confrontavano le popolazioni batteriche all'inizio dei programmi di vaccinazione con le stesse posizioni qualche anno dopo. La modellazione computazionale dei ricercatori ha mostrato che era altamente improbabile che ciò fosse accaduto per caso.

Per esplorare accuratamente la dinamica delle frequenze geniche, i ricercatori hanno fatto appello alla ricchezza di dati genetici raccolti di recente ea nuovi metodi matematici per confrontare le simulazioni al computer con i dati reali. Il nuovo algoritmo sviluppato da Jukka Corander del team Infection Genomics presso il Sanger Institute ha consentito una modellazione più precisa e ha accelerato la stima dei risultati utilizzando tali modelli fino a 10, 000 volte.

I risultati suggeriscono l'importanza di un particolare tipo di selezione naturale, in cui i geni sono più vantaggiosi per i batteri in cui si trovano quando sono più rari – da qui il nome, 'selezione negativa dipendente dalla frequenza'. Ciò può derivare dalla competizione tra ceppi batterici, e l'analisi dettagliata delle sequenze del genoma suggerisce i molti modi in cui ciò può accadere. Ad esempio, Le cellule di S. pneumoniae secernono sostanze chimiche per prevenire la crescita di altri ceppi, sono suscettibili di infezione da diversi virus, adottare diverse strategie per l'acquisizione di nutrienti, e variano nel modo in cui vengono riconosciuti dal sistema immunitario umano. L'importanza relativa di questi diversi processi non è ancora ben compresa.

Questo modello promette di gettare nuova luce sul motivo per cui alcuni batteri hanno strutture di popolazione così complesse che li rendono difficili da eliminare completamente attraverso la vaccinazione. Gli autori ipotizzano che la selezione negativa dipendente dalla frequenza che avviene a livello del gene sia un meccanismo comune tra diverse specie batteriche. Poiché l'uso del sequenziamento dell'intero genoma per la sorveglianza epidemiologica diventa più di routine, tali studi forniranno una base preziosa sia per la progettazione di migliori strategie di controllo, e per una comprensione più approfondita dei loro effetti collaterali.