Une étude génétique et de modélisation à grande échelle de Streptococcus pneumoniae a fourni de nouvelles informations sur la façon dont les vaccins récemment introduits ont éliminé de nombreuses souches de l'espèce, et les diverses manières dont les bactéries restantes entrent en compétition pour avoir la chance de les remplacer.

S. pneumoniae se trouve généralement au-delà de l'arrière de la cavité nasale, où il est normalement inoffensif. Cependant, il peut se déplacer vers d'autres sites corporels, entraînant des milliers de cas de pneumococcie sévère chaque année au Royaume-Uni, et une charge de morbidité bien plus élevée dans de nombreux pays à revenu faible ou intermédiaire. Ces infections entraînent une pneumonie, infections du sang ou méningite, et sont plus fréquents chez les jeunes nourrissons et les personnes âgées. En réponse, deux vaccins différents ont été introduits pour lutter contre S. pneumoniae au Royaume-Uni :le vaccin 7-valent en 2006, remplacé par le vaccin 13-valent en 2010. Depuis que les enfants ont commencé à recevoir le vaccin, il y a eu une baisse de l'incidence des maladies à pneumocoques.

Après quelques années de vaccination systématique, de nombreuses souches de S. pneumoniae, y compris les maladies les plus répandues, avait été éliminé. Encore, les bactéries ne sont pas devenues moins communes dans leur habitat inoffensif à l'arrière de la cavité nasale. Au lieu de cela, les souches ciblées par le vaccin ont été remplacées par d'autres qui causent moins fréquemment des maladies chez les enfants. Les dernières recherches, Publié dans Écologie et évolution de la nature , fournit une nouvelle explication sur la façon dont cela peut se produire.

Cette étude a utilisé trois grandes collections de génomes, séquencé au Wellcome Trust Sanger Institute, suivre les effets de la vaccination au Royaume-Uni, ETATS-UNIS, et Pays-Bas. Plutôt que d'examiner l'évolution de la prévalence des souches individuelles elles-mêmes, les chercheurs ont examiné les fréquences des gènes au sein de la population très diversifiée de S. pneumoniae.

Alors que différentes souches de S. pneumoniae dominent dans différents endroits, les informations détaillées disponibles à partir du séquençage du génome entier ont révélé que chaque population de S. pneumoniae était similaire en termes de fréquences génétiques. Ce fut également le cas lors de la comparaison des populations bactériennes au début des programmes de vaccination avec les mêmes emplacements quelques années plus tard. La modélisation informatique des chercheurs a montré qu'il était très peu probable que cela se soit produit par hasard.

Pour explorer avec précision la dynamique des fréquences des gènes, les chercheurs ont fait appel à la richesse des données génétiques qui ont été recueillies récemment et à de nouvelles méthodes mathématiques pour comparer les simulations informatiques aux données réelles. Le nouvel algorithme développé par Jukka Corander de l'équipe Infection Genomics de l'Institut Sanger a permis une modélisation plus précise et a accéléré le taux de résultats pouvant être estimés à l'aide de ces modèles jusqu'à 10, 000 fois.

Les résultats suggèrent l'importance d'un type particulier de sélection naturelle, dans lesquels les gènes sont plus avantageux pour les bactéries dans lesquelles ils se trouvent lorsqu'ils sont plus rares - d'où le nom, « sélection négative dépendante de la fréquence ». Cela peut résulter de la compétition entre souches bactériennes, et une analyse détaillée des séquences du génome suggère les nombreuses façons dont cela peut se produire. Par exemple, Les cellules de S. pneumoniae sécrètent des produits chimiques pour empêcher la croissance d'autres souches, sont sensibles à l'infection par différents virus, adopter diverses stratégies d'acquisition de nutriments, et varient dans la façon dont ils sont reconnus par le système immunitaire humain. L'importance relative de ces différents processus n'est pas encore bien comprise.

Ce modèle promet de jeter un nouvel éclairage sur les raisons pour lesquelles certaines bactéries ont des structures de population si complexes qu'elles sont difficiles à éliminer complètement par la vaccination. Les auteurs conjecturent que la sélection négative dépendante de la fréquence qui se produit au niveau du gène est un mécanisme commun parmi différentes espèces bactériennes. À mesure que l'utilisation du séquençage du génome entier pour la surveillance épidémiologique devient de plus en plus courante, de telles études fourniront une base précieuse à la fois pour concevoir de meilleures stratégies de contrôle, et pour une compréhension plus approfondie de leurs séquelles.