Полученные результаты помогут усилиям по повышению эффективности вакцины и предоставят информацию для исследований новых способов защиты молодых пациентов с серповидно-клеточной анемией от опасных для жизни пневмококковых инфекций, которые могут привести к пневмонии, менингиту, инфекциям кровотока и другим проблемам. Несмотря на достижения в области профилактики, включая вакцинацию и профилактическую терапию антибиотиками, пневмококковые инфекции по-прежнему представляют серьезный риск для здоровья детей с серповидно-клеточной анемией, которые подвергаются гораздо большему риску возможной смертельной инфекции, чем люди в целом.
Результаты последовали за секвенированием всего генома сотен пневмококковых бактерий, собранных у населения и пациентов с серповидно-клеточной анемией. Геном находится в молекуле ДНК и включает инструкции, необходимые для сборки и поддержания жизни.
Анализ показал, что бактерии адаптировались к пациентам с серповидноклеточными клетками, включая меры, направленные на предотвращение инфекции. В результате болезнетворные штаммы бактерий у детей с серповидно-клеточной анемией и без нее различаются. Например, штаммы пневмококка, собранные у пациентов с серповидноклеточными клетками в этом исследовании, отличались от 13 штаммов пневмококка, включенных в текущую вакцину, рекомендованную для детей в возрасте 5 лет и младше.
«Результаты помогают объяснить, почему нынешние вакцины не так успешны в защите детей с серповидно-клеточной анемией от пневмококковых инфекций, как в защите других детей», — сказал Джошуа Вольф, штат Массачусетс.D., помощник члена Св. Джуд Департамент инфекционных болезней и один из ведущих авторов исследования.
Другие первые авторы — Роберт Картер, доктор философии.D., Св. Джуд, факультет вычислительной биологии, и Тим ван Опийнен, ранее из Медицинской школы Университета Тафтса, Бостон, а теперь из Бостонского колледжа.
Уже ведется работа над вакцинами, которые используют другой подход к примированию иммунной системы, борющейся с болезнями, для защиты групп высокого риска, включая детей с серповидно-клеточной анемией, сказал автор-корреспондент исследования Джейсон Рош, доктор философии.D., помощник члена Св. Джуд Отделение инфекционных болезней. «Эти результаты помогут направить разработку вакцины в будущем», — сказал он.
Серповидно-клеточная анемия вызывается наследственной мутацией в гене, несущем инструкции по выработке гемоглобина. Это белок, который красные кровяные тельца используют для переноса кислорода.
Мутация делает эритроциты склонными к серповидной форме, которая дает название болезни, а также является причиной эпизодов сильной боли, повреждения органов и других проблем, связанных с заболеванием, сокращающим продолжительность жизни. Около 300000 младенцев рождаются с серповидно-клеточной анемией каждый год, что делает ее самым распространенным генетическим заболеванием в мире.
Для этого исследования ученые сравнили геномы 322 пневмококковых бактерий, взятых у пациентов с серповидно-клеточной анемией в период с 1994 по 2011 год, с ДНК 327 штаммов, полученных от людей без серповидно-клеточной анемии.
Анализ показал, что со временем геномы бактерий, выделенных у пациентов с серповидно-клеточными клетками, уменьшились, поскольку гены и соответствующая ДНК были отброшены или объединены. Сравнение бактериальных геномов людей с серповидно-клеточной анемией и без нее показало, что изменения отражают адаптацию бактерий к их серповидно-клеточному хозяину и способствуют способности бактерий сохраняться, несмотря на достижения в области профилактики.
Используя метод, называемый секвенированием транспозонов (Tn-seq), исследователи показали, что на способность бактерий вызывать широкое распространение инфекции у мышей с серповидно-клеточной анемией и без нее сильно повлияли изменения в 60 различных бактериальных генах. Результаты показали, что бактерии сталкиваются с разными условиями у животных с серповидно-клеточной анемией и без нее.
Когда исследователи проверили те же самые гены в бактериях, выделенных от пациентов с серповидноклеточными клетками, они обнаружили шесть, которые отсутствовали или были изменены в значительном проценте образцов. В список вошли гены, участвующие в транспортировке железа в бактерии, метаболизме бактерий и других процессах, которые, вероятно, изменяются у пациентов с серповидно-клеточной анемией.
«Мы продемонстрировали, что гены, необходимые для того, чтобы вызывать заболевание у населения, можно расходовать у пациентов с серповидно-клеточной анемией», — сказал Рош.
Те же методы, которые использовались в этом исследовании, также могут быть использованы для лучшего понимания генетики, лежащей в основе других групп высокого риска пневмококков, в том числе у лиц, вышедших на пенсию или страдающих ожирением.