Dynamics of Streptococcus pneumoniae serotype structure in children for the period 2016–2022

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Пневмококковая инфекция представляет собой группу повсеместно распространённых антропонозных заболеваний с аэрозольным механизмом передачи возбудителя (Streptococcus pneumoniae), характеризующихся многообразием клинических проявлений от аманифестных (носительство) до инвазивных генерализованных форм инфекции, обусловливающих высокую летальность (менингит, бактериемия) [1].

В настоящее время описано более 100 серовариантов S. pneumoniae, различающихся по химической структуре полисахаридного капсульного антигена, при этом спектр эпидемиологически актуальных серотипов характеризуется изменчивостью [2]. Значимым фактором, влияющим на распространённость и этиологическую значимость тех или иных серотипов, является проводимая в рамках национального календаря профилактических прививок иммунизация детей с применением конъюгированных вакцин, содержащих полисахариды капсулы S. pneumoniae, играющие важную роль в колонизации, проявлении вирулентности и индукции серотип-специфического иммунного ответа в организме человека [3–6]. Применяемая с 2015 года в Российской Федерации в рамках национального календаря профилактических прививок и календаря профилактических прививок по эпидемическим показаниям 13-валентная конъюгированная вакцина (ПКВ13) содержит капсульные полисахариды пневмококков 1, 3, 4, 5, 6А, 6В, 7F, 9V, 14, 18С, 19А, 19F и 23F серотипов, индивидуально конъюгированных с белком-носителем CRM197 [7]. Учитывая длительность применения ПКВ13 для рутинной иммунизации детей, а также взрослых, относящихся к группам риска, можно предположить наличие значительных изменений серотипового состава пневмококков, произошедших за истекший период.

Цель исследования — изучить распространённость носительства и серотиповой пейзаж изолятов S. pneumoniae, полученных от детей дошкольного возраста (основного резервуара возбудителя), в динамике, с 2016 по 2022 год.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Дизайн исследования

В рамках международного многоцентрового проспективного исследования «SAPIENS» [8] обследовано 1250 здоровых детей из организованных коллективов г. Красноярска (детских садов) в возрасте до 6 лет, отобранных методом случайной выборки (ошибка выборки составила 2,75% при доверительном уровне 95%).

У обследуемых однократно забирались назофарингеальные мазки с помощью зонд-тампонов с жидкой транспортной средой Эймса. Культивирование S. pneumoniae проводилось на колумбийском агаре с добавлением крови барана (5%), налидиксовой кислоты и колистина (готовый агар производства ООО «Средофф») в капнофильных условиях с использованием газогенераторных пакетов «Кампилогаз». Идентификация пневмококков осуществлялась на основании культуральных свойств, тестов с оптохином и желчью, а также ПЦР-детекции генов cpsA и lytA [9]. Определение серотипа проводилось с помощью мультиплексной ПЦР [10].

Критерии соответствия

Критерии включения: постоянное посещение ребёнком детского организованного коллектива (детского сада); возраст от 0 до 6 лет включительно; наличие информированного согласия, подписанного родителем или законным представителем; отсутствие признаков инфекционных заболеваний на момент обследования.

Критерии невключения: несоответствие возрастным критериям, указанным выше; отказ от подписания информированного согласия родителями или опекунами.

Критерии исключения: наличие признаков острого инфекционного заболевания на момент обследования.

Продолжительность исследования

Первая часть исследования проведена в течение 2020–2022 годов, вторая часть — в 2022 году.

Этическая экспертиза

Исследование одобрено этическим комитетом Красноярского государственного медицинского университета имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого (протокол № 69/2016 от 28.04.2016) и Независимым междисциплинарным Комитетом по этической экспертизе клинических исследований (протокол № 1 от 17.01.2020).

Статистический анализ

Статистическая обработка полученных результатов осуществлялась при помощи пакета программ STATISTICA10.0.1011. Качественные признаки рассчитывались в виде долей (%), количественные — в виде средних значений и стандартных отклонений. Характер распределения признаков оценивали с использованием критерия Шапиро–Уилка. В случае подтверждения нормальности распределения для сравнения групп использовался t-критерий Стьюдента, при отсутствии нормальности — критерий Манна–Уитни (при сравнении количественных признаков) или хи-квадрат (χ²) (при сравнении качественных признаков). Уровнем статистической значимости различий считали p <0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Объекты (участники) исследования

Средний возраст обследуемых составил 4,12±0,97 года. При разделении обследуемых на группы в соответствии с периодами исследования (годы) выявлено, что дети, обследованные в 2022 году, были младше обследованных ранее (табл. 1). При оценке состояния привитости в анализируемый период отмечался рост числа и удельного веса детей, привитых в соответствии со схемой, при одновременном снижении доли непривитых и привитых однократно. Таким образом, в 2022 году бóльшая часть детей (68,8%) была привита против пневмококковой инфекции 3-кратно, согласно национальному календарю, а удельный вес непривитых детей составил лишь 4,8% (см. табл. 1).

Основные результаты исследования

Распространённость носительства пневмококка, снизившись на 10% к 2018 году, возросла к 2022 году на 8,3%, составив 25,6% (см. табл. 1).

 

Table 1. Characteristics of examined children by age, gender, vaccination status and prevalence of Streptococcus pneumoniae carriage

Показатель	2016 г.	2017 г.	2018 г.	2022 г.	Значимость различий
Количество обследованных	150	450	400	250	–
Средний возраст	4,25±1,00	4,09±0,96	4,19±0,87	3,78±1,06	p4,1=0,0000 p4,2=0,0000 p4,3=0,0000
Пол, n/%	м 84/56 ж 66/44	м 244/54,22 ж 206/45,78	м 215/53,75 ж 185/46,25	м 133/53,20 ж 117/46,80	Не выявлено
Привиты 3-кратно, n/%	1/0,67	6/1,33	12/3,00	172/68,80	p4,1=0,0000 p4,2=0,0000 p4,3=0,0000
Привиты 2-кратно, n/%	2/1,33	26/5,78	25/6,25	51/20,40	p2,1=0,0250 p3,1=0,0170 p4,1=0,0000 p4,2=0,0000 p4,3=0,0000
Привиты однократно, n/%	35/23,33	120/26,67	131/32,75	15/6,00	p4,1=0,0000 p4,2=0,0000 p4,3=0,0000
Не привиты, n/%	112/74,67	298/66,22	232/58,00	12/4,80	p3,1=0,0003 p4,1=0,0000 p4,2=0,0000 p4,3=0,0000
Выделена культура S. pneumoniae, n/%	41/27,33	91/20,22	69/17,25	64/25,60	p3,1=0,0080 p4,3=0,0100

 

При оценке соответствия циркулирующих серотипов S. pneumoniae антигенному составу пневмококковых вакцин установлено, что в 2022 году лишь 9,4% выделенных культур относились к серотипам, входящим в состав ПКВ13, применяемой для рутинной иммунизации детей грудного и раннего возраста (табл. 2). Также отмечалось прогрессирующее снижение перекрытия серотипов ПКВ20 и ППСВ23 (23-валентной пневмококковой полисахаридной вакцины, рекомендуемой к применению у детей старше 2 лет и взрослых) с одновременным ростом удельного веса вариантов S. pneumoniae, не входящих в состав существующих вакцин, — так называемых «невакцинных» (см. табл. 2).

 

Таблица 2. Соответствие серотиповой принадлежности выделенных культур Streptococcus pneumoniae серотиповому составу пневмококковых вакцин

Table 2. Correspondence of Streptococcus pneumoniae serotypes to the serotype composition of pneumococcal vaccines

Серотипы	2016 г.	2017 г.	2018 г.	2022 г.	Значимость различий
«Вакцинные» серотипы, n/%: ПКВ13	20/48,78	37/41,11	31/44,93	6/9,38	p4,1=0,0000 p4,2=0,0000 p4,3=0,0000
ПКВ15	20/48,78	39/43,33	33/47,83	8/12,50	p4,1=0,0000 p4,2=0,0000 p4,3=0,0000
ПКВ20	31/75,61	67/74,44	45/65,21	25/39,06	p4,1=0,0002 p4,2=0,0000 p4,3=0,0025
ППСВ23	32/78,05	70/77,77	45/65,21	25/39,06	p4,1=0,0000 p4,2=0,0000 p4,3=0,0025
«Невакцинные» серотипы, n/%	9/21,95	21/23,08	24/34,78	39/60,94	p4,1=0,0000 p4,2=0,0000 p4,3=0,0025

 

Детальный анализ серотипового пейзажа S. pneumoniae показал, что в период с 2016 по 2018 год преобладающими вариантами являлись «вакцинные» 19F, 6A и 6B, 23F, а в 2022 году данные серотипы обнаруживались лишь в единичных случаях (рис. 1). Циркуляция пневмококков 11-й и 15-й серогрупп (11AD и 15BC), а также серотипа 10А сохранялась на протяжении всего анализируемого периода. Обращает внимание значительное увеличение в 2022 году доли «невакцинных» серотипов / серогрупп 15AF, 6CD, 23A, 35F/47F и появление новых, не встречавшихся ранее вариантов — 23B и 35B (см. рис. 1).

 

Рис. 1. Динамика серотипового пейзажа Streptococcus pneumoniae у здоровых детей дошкольного возраста в 2016–2022 годах.

Н/т — штаммы, серотип которых не определён (не входит в стандартную схему серотипирования).

Fig. 1. Dynamics of Streptococcus pneumoniae serotype distribution in healthy preschool children in 2016–2022.

*Н/т — strains which serotype has not been determined (not included in the standard serotyping scheme).

 

При анализе серотипового пейзажа S. pneumoniae в зависимости от состояния привитости было выявлено, что у детей, привитых 3-кратно, в 5,8% случаев обнаруживались серотипы, входящие в состав ПКВ13 (ПКВ13-серотипы). Наиболее часто выявлялись серотипы 6А, 6В и 19А (табл. 3). Установлено, что почти в половине случаев (45,5%) у носителей ПКВ13-серотипов имело место несоблюдение сроков проведения вакцинирующих и ревакцинирующих прививок (позднее начало вакцинации, несоблюдение интервалов между прививками). Серотипы, входящие в состав ПКВ15 и ПКВ20, а также «невакцинные» выявлялись, в основном у обследованных в 2022 году (см. табл. 3); общая частота их выявления у 3-кратно привитых детей составила 22,5%.

 

Таблица 3. Распределение серотипов Streptococcus pneumoniae у детей в зависимости от состояния привитости, %

Table 3. Distribution of Streptococcus pneumoniae serotypes in children depending on vaccination status (%)

Серотип Streptococcus pneumoniae

Привитые 3-кратно

Привитые 2-кратно

Привитые однократно

Непривитые

2016 г. n=1

2017 г. n=6

2018 г. n=12

2022 г. n=172

2016 г. n=2

2017 г. n=26

2018 г. n=25

2022 г. n=51

2016 г. n=35

2017 г. n=120

2018 г. n=131

2022 г. n=15

2016 г. n=112

2017 г. n=298

2018 г. n=232

2022 г. n=12

ПКВ13-серотипы

23F

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

0,8

–

3,6

1,7

2,6

–

6AB

–

16,7

16,7

1,7

–

–

–

–

–

1,6

0,8

–

2,7

2,7

4,3

–

19F

–

–

–

0,6

–

–

–

–

5,7

–

0,8

–

8,9

4,0

2,2

–

18ABCF

–

16,7

–

–

–

–

–

–

–

–

1,5

–

–

0,7

0,4

–

14

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

0,4

–

9AV

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

0,3

–

–

19A

–

16,7

–

1,2

–

–

–

–

–

–

–

–

–

1,3

–

–

3

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

0,9

–

0,4

–

Итого

0,0

50,1

16,7

3,5

0,0

0,0

0,0

0,0

5,7

1,6

3,9

0,0

16,1

10,7

10,3

0,0

Дополнительные ПКВ15-серотипы

22AF

–

–

–

0,6

–

–

–

–

–

0,8

–

–

–

–

0,4

–

33AF/37

–

–

–

0,6

–

–

–

–

–

0,8

–

–

–

–

0,4

–

Итого

0,0

0,0

0,0

1,2

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

1,6

0,0

0,0

0,0

0,0

0,8

0,0

Дополнительные ПКВ20-серотипы

15BC

–

–

–

1,7

–

–

4,0

2,0

–

4,2

2,3

–

3,6

3,0

1,3

–

11AD

–

–

–

4,7

–

–

4,0

–

5,7

1,6

0,8

–

0,9

3,0

1,3

8,3

8

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

0,3

–

–

10А

–

–

–

0,6

–

–

–

3,9

–

–

–

–

3,6

0,7

–

8,3

Итого

0,0

0,0

0,0

7,0

0,0

0,0

8,0

5,9

5,7

5,8

3,1

0,0

8,1

7,0

2,6

16,6

Дополнительные ППСВ23-серотипы

9LN

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

17F

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

0,9

1,0

–

–

Итого

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,9

1,0

0,0

0,0

«Невакцинные» серотипы

15AF

–

–

–

4,7

–

3,8

–

5,9

–

0,8

–

–

–

0,3

0,4

16,6

23A

–

–

–

3,5

–

–

–

–

–

–

–

–

–

0,3

1,3

–

24ABF

–

–

–

–

–

–

–

–

2,9

–

–

–

0,9

–

–

–

34

–

–

–

–

–

–

–

–

–

3,3

–

6,7

–

–

–

–

35AC/42

–

–

–

–

–

–

–

–

2,9

–

0,8

–

0,9

–

–

–

35F/47F

–

–

–

2,3

–

3,8

–

2,0

–

0,8

–

6,7

–

–

–

–

39

–

16,7

–

–

–

–

–

3,9

–

–

–

–

–

–

–

–

23B

–

–

–

0,6

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

6CD

–

–

–

0,6

–

–

–

–

2,9

1,6

0,8

–

1,8

0,7

2,2

–

35B

–

–

–

1,7

–

–

–

–

–

-

–

–

–

–

–

–

«Нетипируемые»

–

–

8,3

2,3

–

–

–

2,0

–

–

3,8

6,7

1,8

2,0

3,0

–

Итого

0,0

16,7

8,3

15,7

0,0

7,6

0,0

13,8

8,7

6,7

5,4

20,1

5,4

3,3

6,9

16,6

 

У детей, привитых 2-кратно, ПКВ13-серотипы не выявлялись. В 13,5% случаев обнаруживались ПКВ20-серотипы, а также «невакцинные» (см. табл. 3).

В группе детей, привитых однократно, частота выявления ПКВ13-серотипов составила 3% с преобладанием S. pneumoniae 6А, 6В и 19F, при этом дополнительные типы, входящие в состав ПКВ15 и ПКВ20, а также «невакцинные» выявлялись в 12% случаев (см. табл. 3).

Максимальная частота выявления ПКВ13-серотипов (11,3%) наблюдалась в группе непривитых детей, при этом в отличие от других групп отмечалось их значительное разнообразие. Дополнительные и «невакцинные» типы пневмококка выявлялись в 12,4%, но их разнообразие, в сравнении с другими группами, также было максимальным (см. табл. 3).

Необходимо отметить, что 4 из 13 серотипов, входящих в состав ПКВ13, — 1, 4, 5 и 7F — не выявлялись у обследуемых детей. Крайне редко обнаруживались серотипы / серогруппы, дополнительно входящие в состав ПКВ15 (22AF и 33AF/37), а также ППСВ23 (9LN и 17F). Вместе с тем отмечалась высокая частота выявления «невакцинных» серовариантов S. pneumoniae, таких как 15AF, 23A, 34, 35F/47F и 6CD.

ОБСУЖДЕНИЕ

Резюме основного результата исследования

В течение 2016–2022 годов среди здоровых организованных бактерионосителей в возрасте до 6 лет произошли изменения серотипового пейзажа S. pneumoniae: значительное снижение удельного веса серовариантов, входящих в состав существующих пневмококковых вакцин (ПКВ13, ПКВ15, ПКВ20, ППСВ23), с одновременным увеличением доли «невакцинных» изолятов. Распространённость носительства пневмококка, снизившись в период 2016–2018 годов с 27,3 до 17,3%, возросла к 2022 году до 25,6%.

Обсуждение основного результата исследования

Микробиологический мониторинг распространённости и спектра серотипов циркулирующих штаммов S. pneumoniae необходим как для прогнозирования эффективности иммунизации, так и для контроля происходящего «замещения серотипов» [11]. Типичным примером «замещения серотипов» может служить рост заболеваемости инвазивными формами пневмококковой инфекции, вызванными серотипом 19А, у детей, вакцинированных ПКВ7 и ПКВ10 [12]. Внедрение ПКВ13 также привело к распространению во всем мире серовариантов пневмококка, не входящих в состав ПКВ13: 22F, 12F, 33F, 24F, 15C, 15B, 23B, 10A и 38 [13]. Исследования, проведённые в последние годы в странах Азии, выявили преобладание не-ПКВ13 и «невакцинных» типов S. pneumoniae при инвазивных (22F, 11A, 10A; 34, 23A, 35B) [14] и неинвазивных (15BC, 11AD, 10A; 23A, 34, 15AF, 21, 35B, 31, 33FA/37) [4, 15] клинических формах пневмококковой инфекции.

По данным исследований, проведённых в различных регионах Российской Федерации, преобладающими серотипами / серогруппами S. pneumoniae при назофарингеальном носительстве у детей в последние годы являлись 15AF, 6, 11AD, 23A, 9LN и 16F [16, 17]. Охват выявленных серотипов ПКВ13 снизился с 59,2% в 2016–2018 годах до 24,8% в 2020–2023 годах, а ПКВ20 — с 73,7 до 46,4% соответственно [16].

По нашим данным, соответствие выявляемых серотипов S. pneumoniae антигенному составу ПКВ13 критически снизилось: с 48,8% в 2016 году [15] до 9,4% в 2022 году. При этом преобладающими не-ПКВ13 серотипами / серогруппами, циркулирующими среди здоровых организованных детей г. Красноярска, явились 15ВС, 11AD и 10A. Среди «невакцинных» лидировали 15AF, 6CD, 23A, 35F/47F. Вместе с тем основным резервуаром не-ПКВ13 и «невакцинных» типов выступали дети, привитые 3-кратно в соответствии с национальным календарем.

Снижение серотипового соответствия выявленных изолятов S. pneumoniae составу ПКВ20 составило 36,5% (с 75,6% в 2016 году до 39,1% в 2022 году).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, согласно полученным нами данным, циркулирующие серотипы S. pneumoniae в большинстве своем не соответствуют антигенному составу существующих в настоящее время пневмококковых конъюгированных вакцин. Данное обстоятельство позволяет прогнозировать рост заболеваемости различными клиническими формами инфекции, вызванными «невакцинными» серовариантами пневмококка. Для получения более полной информации необходим динамический контроль серотипов и эпидемических клонов S. pneumoniae как на региональном, так и на общероссийском уровне.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Работа проводилась в рамках многоцентрового международного проспективного эпидемиологического исследования особенностей пневмококковой инфекции «SAPIENS» (2016–2018 и 2020–2022 годы), спонсором которого являлся благотворительный фонд Ростроповича–Вишневской «Во имя здоровья и будущего детей».

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: И.Н. Протасова — проведение микробиологических исследований, статистический анализ данных, написание текста; И.В. Фельдблюм — концепция статьи, редактирование; Н.В. Бахарева — организация сбора материала, анализ данных, редактирование; Л.В. Зиновьева — сбор материала; С.В. Сидоренко — концепция и дизайн исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding source. The research was carried out as part of a multicenter international prospective epidemiological study of the characteristics of pneumococcal infection “SAPIENs” (2016–2018 and 2020–2022), sponsored by the Rostropovich–Vishnevskaya foundation “For the health of children”.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the article, acquisition, analysis, interpretation of the research data, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. I.N. Protasova — microbiological research, data analysis, writing the text; I.V. Feldblium — concept of the study, editing; N.V. Bakhareva — organizing the collection material, data analysis, editing; L.V. Zinovieva — data collection; S.V. Sidorenko — study concept and design.

About the authors

Irina N. Protasova

Professor V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University

Author for correspondence.
Email: ovsyanka802@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6521-8615
SPIN-code: 4599-4410

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Krasnoyarsk

Irina V. Feldblium

Perm State Medical University named after Academician E.A. Wagner

Email: irinablum@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4398-5703
SPIN-code: 3394-9879

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Perm

Natalia V. Bakhareva

Krasnoyarsk Regional Center for AIDS Prevention and Control

Email: bakhareva@kraszdrav.ru
ORCID iD: 0000-0003-2868-1509
Russian Federation, Krasnoyarsk

Ludmila V. Zinovieva

Krasnoyarsk City Children’s Hospital No. 8

Email: Lzinovieva@gdb8.ru
ORCID iD: 0009-0005-5176-6190
Russian Federation, Krasnoyarsk

Sergey V. Sidorenko

Children’s Scientific and Clinical Center for Infectious Diseases

Email: sidorserg@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3550-7875
SPIN-code: 7738-7060
Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files