Un estudio genético y de modelado a gran escala de Streptococcus pneumoniae ha proporcionado nuevos conocimientos sobre cómo las vacunas introducidas recientemente han eliminado muchas cepas de la especie. y las diversas formas en que las bacterias restantes compiten por la oportunidad de reemplazarlas.

S. pneumoniae generalmente se encuentra más allá de la parte posterior de la cavidad nasal, donde normalmente es inofensivo. Sin embargo, puede moverse a otros sitios corporales, dando lugar a que cause miles de casos de enfermedad neumocócica grave cada año en el Reino Unido, y una carga de morbilidad mucho mayor en muchos países de ingresos bajos o medianos. Estas infecciones resultan en neumonía, infecciones del torrente sanguíneo o meningitis, y son más comunes en bebés pequeños y ancianos. En respuesta, Se han introducido dos vacunas diferentes para combatir S. pneumoniae en el Reino Unido:la vacuna 7-valente en 2006, reemplazada por la vacuna 13-valente en 2010. Desde que los niños comenzaron a recibir la vacuna, ha habido una caída en la incidencia de enfermedad neumocócica.

Después de algunos años de vacunación de rutina, muchas cepas de S. pneumoniae, incluidas las que causan enfermedades más prevalentes, había sido eliminado. Todavía, las bacterias no se han vuelto menos comunes en su hábitat inofensivo en la parte posterior de la cavidad nasal. En cambio, las cepas dirigidas a la vacuna habían sido reemplazadas por otras que causan enfermedades con menos frecuencia en los niños. Las últimas investigaciones, publicado en Ecología y evolución de la naturaleza , proporciona una nueva explicación de cómo puede ocurrir esto.

Este estudio utilizó tres grandes colecciones de genomas, secuenciado en el Wellcome Trust Sanger Institute, para seguir los efectos de la vacunación en el Reino Unido, ESTADOS UNIDOS, y Holanda. En lugar de observar el cambio en la prevalencia de las propias cepas individuales, los investigadores observaron las frecuencias de genes dentro de la población muy diversa de S. pneumoniae.

Si bien las diferentes cepas de S. pneumoniae dominan en diferentes lugares, la información detallada disponible de la secuenciación del genoma completo reveló que cada población de S. pneumoniae era similar en términos de frecuencias genéticas. Este fue también el caso cuando se compararon poblaciones bacterianas al inicio de los programas de vacunación con las mismas ubicaciones unos años después. El modelo computacional de los investigadores mostró que era muy poco probable que esto hubiera ocurrido por casualidad.

Para explorar con precisión la dinámica de las frecuencias de los genes, los investigadores recurrieron a la gran cantidad de datos genéticos que se han recopilado recientemente y a los nuevos métodos matemáticos para comparar las simulaciones por computadora con los datos reales. El nuevo algoritmo desarrollado por Jukka Corander del equipo de Infection Genomics en el Sanger Institute permitió un modelado más preciso y aceleró la tasa de resultados que se pueden estimar utilizando dichos modelos en hasta 10, 000 veces.

Los resultados sugieren la importancia de un tipo particular de selección natural, en el que los genes son más ventajosos para las bacterias en los que se encuentran cuando son más raros, de ahí el nombre, 'selección negativa dependiente de la frecuencia'. Esto puede resultar de la competencia entre cepas bacterianas, y el análisis detallado de las secuencias del genoma sugiere las muchas formas en que esto puede suceder. Por ejemplo, Las células de S. pneumoniae secretan sustancias químicas para prevenir el crecimiento de otras cepas, son susceptibles a la infección por diferentes virus, adoptar diversas estrategias para la adquisición de nutrientes, y varían en la forma en que son reconocidos por el sistema inmunológico humano. La importancia relativa de estos diferentes procesos aún no se comprende bien.

Este modelo promete arrojar nueva luz sobre por qué algunas bacterias tienen estructuras de población tan complejas que hacen que sea difícil eliminarlas por completo mediante la vacunación. Los autores conjeturan que la selección negativa dependiente de la frecuencia que ocurre a nivel genético es un mecanismo común entre diferentes especies bacterianas. A medida que el uso de la secuenciación del genoma completo para la vigilancia epidemiológica se vuelve más rutinario, Dichos estudios proporcionarán una base valiosa tanto para diseñar mejores estrategias de control, y para una comprensión más profunda de sus efectos posteriores.