Whole genome sequencing analysis of Streptococcus pneumoniae populations of serotypes 10A, 11A, 12F, 15B, and 33F involved in invasive pneumococcal disease in the Czech Republic in 2013–2023
Aim: Whole Genome Sequencing (WGS) analysis of populations of Streptococcus pneumoniae of serotypes 10A, 11A, 12F, 15B, and 33F involved in invasive pneumococcal disease (IPD) in the Czech Republic (CR) in 2013–2023.
Materials and Methods: The analysed serotypes of S. pneumoniae have been included in the recently registered pneumococcal conjugate vaccines (PCV): PCV15 and PCV20. The epidemiological analysis of the incidence of selected serotypes was based on nationwide IPD surveillance data from 2013–2023. WGS was used to analyse 177 isolates of S. pneumoniae of five serotypes: 10A, 11A, 12F, 15B, and 33F recovered from IPD in CR in 2013–2023. The Illumina MiSeq platform was used for WGS. The WGS data were analysed using tools of the PubMLST database where WGS data have been publicly accessible.
Results: Epidemiological analysis of the incidence of S. pneumoniae serotypes 10A, 11A, 12F, 15B, and 33F involved in IPD showed their increase after the vaccines PCV7, PCV10, and PCV13 had been introduced in CR. IPD cases caused by serotype 10A peaked in 2015 (17 cases), serotype 11A was the most frequent cause in 2018 (19 cases), serotype 12F predominated in 2015 (18 cases), serotype 15B in 2023 (11 cases), and serotype 33F in 2015 (6 cases). During the COVID-19 pandemic, IPD cases caused by the listed serotypes declined. In the post-pandemic period, the involvement of serotypes 10A and 11A in IPD cases increased again, as did that of serotype 15B. WGS data analysis showed a clear dominance of a large and genetically compact cluster of ST-1551 among Czech isolates of serotype 10A. Czech serotype 11A isolates were assigned primarily to ST-62 or other related sequencing types. Czech serotype 12F isolates were part of three major clusters unrelated to each other (ST-218, ST-989, and ST-8060). Czech serotype 15B isolates showed a high genetic heterogeneity and belonged to three major European clusters (ST-162, ST-199, and ST-1262) with a predominance of ST-162 isolates. In our study, serotype 33F was only represented by six isolates, four of which were of ST-100.
Conclusion: Both Czech and European populations of S. pneumoniae of different serotypes show considerable heterogeneity. They include serotypes in which related isolates of a single ST (11A) predominate, as well as serotypes that consist of several completely unrelated clusters (12F, 15B). The structures of these individual populations are continually changing over time and also differ within individual European countries. It is important to monitor S. pneumoniae populations as closely as possible and to use the data obtained to evaluate the possibilities for introducing new PCVs in the Czech Republic.
surveillance – Streptococcus pneumoniae – whole genome sequencing – serotypes 10A, 11A, 12F, 15B, and 33F
Autoři: J. Kozáková 1 ; S. Vohrnová 1,2 ; M. Honskus 1,2 ; Z. Okonji 1,2 ; P. Křížová 1 Působiště autorů: Národní referenční laboratoř pro streptokokové nákazy, Centrum epidemiologie a mikrobiologie, Státní zdravotní ústav, Praha 1; 3. lékařská fakulta Univerzity Karlovy, Praha 2 Vyšlo v časopise: Epidemiol. Mikrobiol. Imunol. 74, 2025, č. 4, s. 191-204 Kategorie: Původní práce doi: https://doi.org/10.61568/emi/11-6600/20251001/141812
Cíl: Cílem naší studie bylo studium populací Streptococcus pneumoniae sérotypů 10A, 11A, 12F, 15B a 33F způsobujících invazivní pneumokokové onemocnění (IPO) v České republice (ČR) v letech 2013–2023 metodou celogenomové sekvenace (Whole Genome Sequencing).
Materiál a metody: Studované sérotypy S. pneumoniae jsou obsaženy v recentně registrovaných pneumokokových konjugovaných vakcínách (PCV): PCV15 a PCV20. K epidemiologické analýze výskytu vybraných sérotypů v letech 2013 až 2023 byla využita celorepubliková data surveillance IPO. Pro studium pomocí metody WGS bylo vybráno 177 izolátů S. pneumoniae pěti různých sérotypů: 10A, 11A, 12F, 15B a 33F, které byly zachyceny z IPO na území ČR mezi lety 2013–2023. WGS bylo provedeno na platformě Illumina MiSeq. Získaná WGS data byla analyzována pomocí nástrojů PubMLST databáze, kde jsou WGS data též veřejně dostupná.
Výsledky: Epidemiologická analýza výskytu S. pneumoniae sérotypů 10A, 11A, 12F, 15B a 33F způsobujících IPO ukázala, že po zavedení PCV7, PCV10 a PCV13 došlo k nárůstu jejich výskytu v ČR. Maximální počet případů IPO sérotypu 10A byl v roce 2015 (17 případů), sérotypu 11A v roce 2018 (19 případů), sérotypu 12F v roce 2015 (18 případů), sérotypu 15B v roce 2023 (11 případů), sérotypu 33F v roce 2015 (6 případů). Během pandemie covidu-19 počty případů IPO vyvolaných studovanými sérotypy poklesly. V postpandemickém období se počty IPO vyvolaných sérotypy 10A a 11A opět zvýšily, přičemž narostl i počet případů vyvolaný sérotypem 15B. Z analýzy WGS dat vyplývá, že mezi českými izoláty sérotypu 10A výrazně dominovaly izoláty ST-1551, které tvořily početný a geneticky vysoce kompaktní klastr. V rámci sérotypu 11A patřily české izoláty převážně k ST-62 nebo k sekvenačním typům příbuzným tomuto ST. České izoláty sérotypu 12F patřily do tří hlavních klastrů, které nevykazovaly vzájemnou příbuznost (ST-218, ST-989 a ST-8060). České izoláty sérotypu 15B vykazovaly vysokou míru genetické heterogenity a patřily do tří hlavních evropských klastrů (ST-162, ST-199 a ST-1262) s převahou izolátů ST-162. Sérotyp 33F byl v naší studii zastoupen pouze 6 izoláty, ze kterých 4 patřily k ST-100.
Závěr: České i evropské populace S. pneumoniae různých sérotypů vykazují značnou heterogenitu. Na této škále se vyskytují sérotypy, ve kterých převládají vzájemně příbuzné izoláty jednoho ST (11A) i sérotypy, které jsou tvořeny několika vzájemně zcela nepříbuznými klastry (12F, 15B). Struktury těchto jednotlivých populací se neustále mění v čase a jsou navíc odlišné i v rámci jednotlivých zemí Evropy. Je důležité monitorovat jednotlivé populace S. pneumoniae v co nejvyšší míře a získaná data využívat při zhodnocení možností zavádění nových PCV v ČR.
surveillance – Streptococcus pneumoniae – celogenomová sekvenace – sérotypy 10A, 11A, 12F, 15B a 33F
Streptococcus pneumoniae je grampozitivní bakterie vyvolávající širokou škálu onemocnění od méně závažných onemocnění horních cest dýchacích, jako jsou faryngitidy či sinusitidy, akutní otitidy, přes nezávažné i komplikované pneumonie, které mohou být doprovázené pyothoraxem, bakteriémií či sepsí, až po sepse a meningitidy. Invazivní pneumokokové onemocnění (IPO) je definované jako závažný klinický stav, kdy je
S. pneumoniae prokázán z primárně sterilního materiálu, jako je např. krev či likvor [1]. Před zavedením očkování představovalo IPO jednou z nejčastějších příčin úmrtí na infekční onemocnění. Světová zdravotnická organizace uvádí, že v roce 2008 bylo IPO příčinou 476 000 úmrtí dětí do 5 let věku [2].
Vývoj očkovacích látek proti pneumokokovým infekcím začal před více než 100 lety, první byly vyvinuty polysacharidové pneumokokové vakcíny (PPV). V roce 1983 byla ve světě uvedena do distribuce 23valentní polysacharidová očkovací látka PPV23 (proti sérotypům 4, 6B, 9V, 14, 18C, 19F, 23F, 1, 5, 7F, 3, 19A, 22F, 33F, 8, 10A, 11A, 12F, 15B, 2, 9N, 17F a 20). PPV23 nebyla zahrnuta do národních imunizačních programů (NIP), protože má nízkou imunogenitu u dětí do 2 let věku a u skupin imunokompromitovaných pacientů a nevyvolává dlouhodobou imunologickou odpověď. Vývoj konjugovaných pneumokokových vakcín (PCV) představoval zásadní pozitivní změnu v prevenci IPO. V roce 2000 byla v USA registrována 7valentní očkovací látka PCV7 (proti sérotypům 4, 6B, 9V, 14, 18C, 19F a 23F). Následovala registrace 10valentní vakcíny PCV10 (proti sérotypům 4, 6B, 9V, 14, 18C, 19F, 23F, 1, 5 a 7F) a 13valentní PCV13 (proti sérotypům 4, 6B, 9V, 14, 18C, 19F, 23F, 1, 5, 7F, 3, 6A a 19A). Relativně recentně byly registrovány 15valentní PCV15 (proti sérotypům 4, 6B, 9V, 14, 18C, 19F, 23F, 1, 5, 7F, 3, 6A, 19A, 22F a 33F) a 20valentní PCV20 (proti sérotypům 4, 6B, 9V, 14, 18C, 19F, 23F, 1, 5, 7F, 3, 6A, 19A, 22F, 33F, 8, 10A, 11A, 12F a 15B), které jsou nyní doporučeny pro dětskou i dospělou populaci. V USA byla v červnu 2024 schválena k použití u dospělých 21valentní PCV21 (proti sérotypům 3, 6A, 7F, 8, 9N, 10A, 11A, 12F, 15A, 15B, 15C, 16F, 17F, 19A, 20A, 22F, 23A, 23B, 24F, 31, 33F a 35B) [3]. I nadále probíhá vývoj vícevalentních vakcín, jako je například 24valentní PCV24 (proti sérotypům 4, 6B, 9V, 14, 18C, 19F, 23F, 1, 5, 7F, 3, 6A, 19A, 22F, 33F, 8, 10A, 11A, 12F, 15B, 2, 9N, 17F a 20) nebo 31valentní PCV31 (proti sérotypům 4, 6B, 9V, 14, 18C, 19F, 23F, 1, 5, 7F, 3, 6A, 19A, 22F, 33F, 8, 10A, 11A, 12F, 15B, 2, 9N, 17F a 20, 7C, 15A, 16F, 23A, 23B, 31 a 35B) [4, 5].
V České republice (ČR) byla od roku 2005 registrována a používána PCV7, která byla určená dětem do 2 let a nebyla hrazená z veřejného zdravotního pojištění. Roku 2010 byla do NIP v ČR zavedena vakcinace očkovacími látkami PCV10 a PCV13 pro děti ve věku od 2 měsíců do 5 let věku, z nichž PCV10 byla plně hrazená z veřejného zdravotního pojištění a PCV13 byla hrazená do výše ceny PCV10. Od roku 2018 bylo zavedeno hrazené očkování vakcínou PCV13 u pacientů se specifikovanými chronickými diagnózami a pro věkovou skupinu seniorů ve věku 65 let a starší. V roce 2022 byly v ČR registrovány očkovací látky PCV15 a PCV20 pro dospělou populaci a PCV15 pro děti od 2 měsíců věku. V dubnu 2024 byla PCV20 schválena i k použití u dětí od 2 měsíců věku a v listopadu téhož roku bylo aktualizováno doporučení pro očkování dospělých. Podrobné informace o očkovacích schématech pro jednotlivé skupiny obyvatel jsou dostupné na webové stránce České vakcinologické společnosti [6]. Očkování proti pneumokokovým infekcím není v ČR povinné. Podíl dětí narozených v roce 2022 očkovaných alespoň jednou dávkou očkovací látky byl 76,4 %, podíl seniorů nad 65 let věku očkovaných proti pneumokokové infekci jakoukoli vakcínou byl na konci roku 2023 na hodnotě 22,5 % [7].
Vakcíny proti pneumokokovým infekcím znamenají významný prvek ochrany proti IPO a četné publikace dokládají jejich prospěšný efekt na snížení výskytu IPO a prevenci úmrtí na IPO [8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]. Dalším benefitem pneumokokových vakcín a vakcín obecně je jejich pozitivní efekt na prevenci antibiotické rezistence a snížení spotřeby antibiotik, což navíc redukuje i ekonomické náklady [11, 14, 15, 16]. Se zaváděním PCV však začalo docházet ke změnám v distribuci sérotypů. Počet případů IPO vyvolaných vakcinačními sérotypy klesal a naopak se zvyšoval počet IPO vyvolaných nevakcinačními sérotypy, tento proces je nazýván serotype replacement (sérotypová náhrada) [9, 10, 12, 13, 17, 18]. Je proto nezbytné řešit otázku, nakolik expanzivní jsou populace jednotlivých sérotypů S. pneumoniae, což nám pomáhá i odpovídat na otázky ohledně účinnosti stávajících vakcín a nutnosti zavádění nových vakcín. Některým z dříve nevakcinačních sérotypů (mimo jiné sérotypům 12F, 24F, 22F a 33F) je připisován zvýšený potenciál vyvolat invazivní onemocnění [19, 20]. Sérotypy 12F, 22F a 33F jsou obsaženy v recentně schválených vakcínách PCV15 či PCV20. Předkládaná studie zpracovává epidemiologická data a data z celogenomové sekvenace izolátů S. pneumoniae sérotypů 10A, 11A, 12F, 15B a 33F, které vyvolaly IPO v ČR v období 2013–2023. Studované sérotypy S. pneumoniae jsou obsaženy v recentně registrovaných vakcínách PCV15 a PCV20. Sérotypy 10A, 11A, 12F a 15B jsou obsaženy v aktuálně užívané vakcíně PCV20. Sérotyp 33F je obsažen v aktuálně doporučovaných vakcínách PCV15 a PCV20. Dříve používané vakcíny PCV7, PCV10 a PCV13 sérotypy 10A, 11A, 12F, 15B a 33F neobsahují. Polysacharidová očkovací látka PPV23 obsahuje všechny tyto sérotypy.
Celogenomová sekvenace (Whole Genome Sequencing, WGS) představuje v současnosti nejpokročilejší metodu, která je celosvětově využívána v populačních studiích u mnoha druhů bakteriálních agens [21, 22, 23]. S využitím mezinárodní databáze PubMLST [24] poskytla získaná WGS data nejen detailní informace o českých izolátech, ale umožnila i jejich porovnání s evropskými izoláty stejných sérotypů. V současné době došlo v databázi PubMLST v rámci sekce S. pneumoniae k významnému pokroku, kdy bylo představeno schéma celogenomové multilokusové sekvenační typizace (cgMLST), které je využitelné pro mezinárodní výzkum a celosvětové definování populací pneumokoků [25].
Cílem naší studie bylo studium populací sérotypů 10A, 11A, 12F, 15B a 33F působících IPO v ČR v letech 2013–2023.
Byla provedena epidemiologická analýza výskytu S. pneumoniae sérotypů 10A, 11A, 12F, 15B a 33F vyvolávajících IPO v ČR v letech 2013 až 2023. K této analýze byla využita data surveillance IPO ČR. Program surveillance IPO je celonárodní a jsou do něj zařazeny všechny případy, které splňují českou a evropskou definici podle vyhlášky č. 275/2010 Sb.: závažné onemocnění s laboratorním průkazem pneumokoka z klinického materiálu, který je za normálních podmínek sterilní [1]. Surveillance IPO je prováděna ze zákona a zasílání izolátů z IPO do NRL je mandatorní, stejně jako zaznamenávání případů IPO do Informačního systému infekčních nemocí (ISIN). Surveillance data jsou získávána syntézou dat NRL s daty ISIN, s vyloučením duplicit. Data surveillance IPO v ČR jsou každý rok analyzována a publikována ve Zprávách Centra epidemiologie a mikrobiologie [26].
Do Národní referenční laboratoře pro streptokokové nákazy (NRL) jsou z mikrobiologických laboratoří celé ČR zasílány izoláty S. pneumoniae, které vyvolaly IPO. V NRL je provedeno ověření správné identifikace a následuje sérotypizace a další charakterizace izolátu. Izoláty jsou dlouhodobě uchovávány ve sbírce kultur NRL. U všech doručených izolátů S. pneumoniae jsou rutinně prováděna klasická i molekulárně genetická vyšetření: sérotypizace, typizace metodou polymerázové řetězové reakce (PCR), multilokusová sekvenační typizace (MLST). Vybrané izoláty jsou studovány metodou WGS. Pro studii byly vybrány izoláty S. pneumoniae pěti různých sérotypů: 10A (55×), 11A (56×), 12F (34×), 15B (26×) a 33F (6×), všechny zachyceny z IPO na území ČR mezi lety 2013–2023.
Vybrané izoláty byly celogenomově osekvenovány na platformě Illumina MiSeq, nejdříve s využitím externího pracoviště EMBL (European Molecular Biology Laboratory, Heidelberg, Německo), od roku 2020 pak díky novému přístrojovému vybavení byla celogenomová sekvenace prováděna přímo ve Státním zdravotním ústavu [27]. Produktem celogenomové sekvenace byly překrývající se sekvence o délce přibližně 300 bp, ze kterých byly principem de novo assembly složeny výsledné genomy jednotlivých izolátů pomocí softwaru Velvet de novo Assembler a jeho optimalizačního scriptu Velvet-Optimiser [28]. Genomy izolátů byly následně předloženy do mezinárodní databáze PubMLST, která využívá platformy BIGSdb (Bacterial Isolate Genome Sequence database) a ve které jsou veřejně dostupné pod identifikačními čísly uvedenými v seznamu izolátů [24]. Systémem automatického skenování databáze PubMLST byly u každého izolátu definovány známé alelové varianty genů multilokusové sekvenační typizace (MLST) a jejich kombinace následně stanovila sekvenační typ (ST) izolátu [29, 30]. Nepopsané alelové varianty byly definovány manuálně a předloženy kurátorům ke schválení. Po anotaci bylo těmto alelám přiděleno nové číselné označení a staly se součástí databáze PubMLST.
Pomocí programu Genome Comparator [31], který je součástí PubMLST databáze, byly provedeny analýzy vzájemné příbuznosti studovaných izolátů na úrovni rozlišení cgMLST (1222 lokusů). Izoláty S. pneu moniae z ČR byly porovnány jednak mezi sebou, tak i s dostupnými evropskými izoláty v rámci jednotlivých sérotypů. Parametry pro zařazení do příbuzenských analýz (WGS data, rok izolace >2009, kompletní MLST profil, kontinent: Evropa) k 20. 10. 2024 splňovalo 91 izolátů sérotypu 10A, 201 izolátů sérotypu 11A, 91 izolátů sérotypu 12F, 230 izolátů sérotypu 15BC a 101 izolátů sérotypu 33F (uvedené počty neobsahují izoláty z ČR). Z distančních matic produkovaných programem Genome Comparator, které jsou založené na počtu a alelické variabilitě všech analyzovaných lokusů, byly sestaveny fylogenetické sítě pomocí softwaru SplitsTree4 (algoritmus NeighborNet) [32]. Výsledné fylogenetické sítě byly upraveny grafickým editorem Inkscape [33].
V letech 2013 až 2023 bylo v ČR evidováno 4473 případů IPO, nejvíce v roce 2023 – 585 případů IPO, nejméně v roce 2020 – 247 případů IPO.
V letech 2013 až 2023 vyvolal sérotyp 10A celkem 125 případů IPO, což představuje 2,79 % ze všech případů IPO za studované období, průměrně 11 případů ročně. Nejvyšší počet případů IPO způsobených sérotypem 10A byl zjištěn v roce 2015 (17 případů), nejnižší počet v roce 2021 (6 případů) – obrázek 1. Smrtnost IPO vyvolaných S. pneumoniae sérotypu 10A byla v letech 2013–2023 průměrně 15,88 %.
Sérotyp 11A způsobil mezi lety 2013 až 2023 celkem 108 případů IPO, což představuje 2,41 % ze všech případů IPO z daného období, průměrně 10 případů ročně. Nejvyšší počet případů IPO způsobených sérotypem 11A byl zjištěn v roce 2018 (19 případů), nejnižší počet v roce 2013 a 2021 (6 případů) – viz obrázek 1. Smrtnost IPO vyvolaných S. pneumoniae sérotypu 11A byla v letech 2013–2023 průměrně 30,5 %.
Mezi lety 2013 a 2023 vyvolal sérotyp 12F celkem 85 případů IPO, to tvoří 1,9 % všech případů IPO studovaného období, průměrně 8 případů ročně. Nejvyšší počet případů IPO způsobených sérotypem 12F byl zjištěn v roce 2015 (18 případů), nejnižší počet v letech 2020 a 2022 (po 3 případech) – viz obrázek 1. Smrtnost IPO vyvolaných S. pneumoniae sérotypu 12F byla v letech 2013–2023 průměrně 27,75 %.
Obr. 1. Absolutní počty IPO vyvolaných sérotypy 10A, 11A, 12F, 15B a 33F v letech 2013–2023, ČR Figure 1. Absolute numbers of IPD cases caused by serotypes 10A, 11A, 12F, 15B, and 33F, 2013–2023, CR
Sérotyp 15B byl v letech 2013 až 2023 prokázán u celkem 54 případů IPO, což představuje 1,21 % případů IPO z daného období, průměrně 5 případů ročně. Nejvyšší počet případů IPO způsobených sérotypem 15B byl zjištěn v roce 2023 (11 případů), nejnižší počet v roce 2021 (1 případ) – viz obrázek 1. Smrtnost IPO vyvolaných S. pneumoniae sérotypu 15B byla v letech 2013 až 2023 průměrně 12,33 %.
V letech 2013 až 2023 bylo zaznamenáno celkem 19 případů IPO vyvolaných sérotypem 33F, což tvoří 0,42 % ze všech případů IPO ve studovaném období, průměrně se vyskytly 2 případy ročně. Nejvíce případů bylo v roce 2015 (6 případů), v letech 2016, 2019, 2021 a 2023 se nevyskytl žádný případ IPO vyvolaný sérotypem 33F – viz obrázek 1. Smrtnost IPO vyvolaných S. pneumoniae sérotypu 33F byla v letech 2013–2023 průměrně 13,64 %. Vzhledem k nízkému výskytu sérotypu 33F je třeba při hodnocení dat vzít v úvahu chybu malých čísel.
Sérotyp 10A byl ve studovaném souboru zastoupen 55 izoláty, z nichž 49 patřilo k ST-1551 – tabulka 1. U zbylých 6 izolátů byly stanoveny následující sekvenační typy: ST-97 (2×), ST-433 (1×), ST-473 (1×), ST-816 (1×) a ST-16494 (1×). Na české fylogenetické síti formují izoláty ST-1551 vysoce homogenní klastr, s výjimkou dvou vzájemně příbuzných izolátů 235/2020 a 313/2022, které s tímto klastrem vykazují nižší příbuznost – obrázek 2.
Obr. 2. Fylogenetická analýza 177 WGS izolátů S. pneumoniae sérotypů 10A, 11A, 12F, 15B a 33F, 2013–2023, ČR Figure 2. Phylogenetic analysis of 177 S. pneumoniae isolates recovered from IPD of serotypes 10A, 11A, 12F, 15B, and 33F and analysed by WGS, 2013–2023, CR
Tabulka 1. Seznam 177 izolátů S. pneumoniae z IPO sérotypů 10A, 11A, 12F, 15B a 33F analyzovaných metodou WGS, 2013–2023, ČR Table 1. List of 177 S. pneumoniae isolates of serotypes 10A, 11A, 12F, 15B, and 33F recovered from IPD and analysed by WGS, 2013–2023, CR
Izolát
PubMLST ID
Sérotyp
ST
357/2015
212586
10A
1551
274/2016
248894
11A
62
206/2017
248923
12F
218
28/2016
212589
317/2016
248895
99
405/2017
248927
286/2016
212596
450/2016
248898
14712
472/2017
248904
326/2016
248918
581/2016
246650
591/2017
248935
392/2016
248896
6/2017
248907
659/2017
248909
438/2016
248897
145/2017
248921
15238
721/2017
248912
492/2016
248899
205/2017
248922
724/2017
248913
989
552/2016
248901
408/2017
248928
730/2017
248914
586/2016
246651
532/2017
182107
62/2018
100584
164/2017
248902
573/2017
248933
69/2018
100741
360/2017
248925
583/2017
248934
256/2018
100969
8060
366/2017
248926
635/2017
248908
334/2018
100843
467/2017
248929
22/2018
248917
40/2019
64139
531/2017
248932
79/2018
100716
79/2019
64169
596/2017
248905
87/2018
100703
89/2019
64003
613/2017
248906
89/2018
100619
672/2019
158060
15340
688/2017
248910
103/2018
100795
252/2020
64433
696/2017
248911
126/2018
100894
254/2020
64435
16/2018
248916
176/2018
100706
411/2020
135766
6945
45/2018
100750
192/2018
100943
83/2022
185741
100/2018
100657
97
225/2018
100653
413/2022
185949
143/2018
100768
318/2018
100758
100
523/2022
185997
149/2018
100718
265/2019
129816
1050
153/2023
205139
6202
204/2018
100956
335/2019
129822
180/2023
205153
315/2018
100733
373/2019
129828
369/2023
205212
373/2018
100720
433
397/2019
129832
781/2023
205341
729/2019
158064
483/2019
129833
911/2023
218391
14/2020
64294
335/2020
135738
16493
599/2013
182105
15B
199
69/2020
64323
363/2020
158078
734/2013
212584
162
111/2020
64344
389/2020
135757
402/2016
212598
156/2020
64372
483/2020
135794
474/2016
246647
235/2020
64428
486/2020
135796
156
516/2016
248900
419/2020
135768
16494
2/2021
142964
59/2017
248919
470/2020
135790
104/2022
185757
505/2017
248930
1262
129/2022
185773
133/2022
185776
527/2017
248931
145/2022
185786
151/2022
185790
40/2018
100885
186/2022
185813
191/2022
185816
227/2019
63908
196/2022
185820
349/2022
185913
390/2020
135758
209/2022
185831
370/2022
185927
423/2020
135770
292/2022
185883
473
118/2023
205122
31/2022
185707
313/2022
185893
262/2023
205170
56/2022
185725
490/2022
185981
514/2023
205252
94/2022
185749
504/2022
185988
531/2023
205254
299/2022
185885
525/2022
185998
534/2023
205257
340/2022
185907
676/2022
186046
706/2023
205317
667/2022
186043
757/2022
186092
708/2023
205318
19235
692/2022
186055
72/2023
186133
798/2023
218361
769/2022
186103
475/2023
205238
1042/2023
218431
96/2023
205108
476/2023
205239
1185/2023
218455
587/2023
205276
484/2023
205242
1192/2023
218457
663/2023
205307
624/2023
205292
816
1211/2023
218464
734/2023
205326
1037/2023
218430
1234/2023
218469
1104/2023
218447
1063/2023
218437
57/2016
248890
1204/2023
218460
1067/2023
218439
97/2016
212590
252/2017
248924
33F
1318/2023
221412
233/2016
212594
11/2018
248915
13796
194/2013
182104
482/2016
246648
19120
209/2018
100928
86/2016
248891
515/2016
246649
348/2018
100771
98/2016
248892
610/2016
246652
487/2020
135797
102/2016
248893
141/2017
248920
170/2022
185799
673
Ve stejné genetické linii a s klesající mírou příbuznosti leží dva izoláty ST-97, 419/2020 (ST-16494) a 624/2023 (ST-816). Samostatně ležící izoláty 373/2018 (ST-433) a 292/2022 (ST-473) nevykazují žádnou příbuznost k linii ST-1551 ani k sobě navzájem. Na fylogenetické síti, která zobrazuje výsledek analýzy 55 českých a 91 evropských izolátů sérotypu 10A s WGS daty dostupnými v databázi PubMLST, je klastr ST-1551 tvořen především 49 českými izoláty spolu s 13 z Velké Británie a 3 izoláty z Polska – obrázek 3. Dvě nezávisle odstupující linie, které jsou obě tvořeny dominantně izoláty ST-97, jsou zastoupeny i třemi izoláty z ČR: první linie 100/2018 (ST-97) a 1063/2023 (ST-97), druhá linie 419/2020 (ST-16494). Izolát 624/2023 (ST-816) je součástí geneticky vzdáleného klastru, který obsahuje převážně izoláty z Velké Británie a který je z velké většiny tvořen třemi vzájemně příbuznými ST (ST-461, ST-816, ST-2068). Zbylé dva české izoláty jsou součástí několika nezávislých a geneticky odlišných linií, které vykazují i nízkou míru příbuznosti k sobě navzájem. Výjimku tvoří český izolát 292/2022 (ST-473), který je z genetického hlediska takřka identický s norským izolátem (ST-15161).
Obr. 3. Vizualizace genetické diverzity českých (55×) a evropských (91×) izolátů S. pneumoniae sérotypu 10A dostupných v PubMLST databázi za období 2013–2023 Figure 3. Visualization of genetic diversity of Czech (55) and European (91) isolates of S. pneumoniae serotype 10A available in the PubMLST database for 2013–2023
U 56 izolátů sérotypu 11A bylo stanoveno 9 různých ST: nejpočetnějším byl ST-62 (42×), dále ST-14712 (7×), ST-99 (1×), ST-100 (1×), ST-156 (1×), ST-1050 (1×), ST-15238 (1×), ST-16493 (1×) a ST-19235 (1×) – viz tabulka 1. Na fylogenetické síti českých izolátů můžeme vidět velký klastr izolátů 11A, který je tvořen ST-62 a příbuznými sekvenačními typy (ST-14712, ST-15238, ST-16493 a ST-19235) – viz obrázek 2. Částečnou příbuznost ke klastru ST-62 vykazují dvě nezávislé linie izolátů sérotypu 33F, jejichž součástí jsou i dva izoláty 11A. První z těchto linií obsahuje výhradně izoláty ST-100 a patří k ní i izolát 318/2018, ve druhé linii sérotypu 33F leží izolát 265/2019 (ST-1050). Izolát 486/2020 (ST-156) je naopak geneticky blízký izolátům ST-162 sérotypu 15B a 317/2016 (ST-99) leží na fylogenetické síti zcela nezávisle. Fylogenetická analýza, ve které byly k českým izolátům 11A připojeny všechny v databázi PubMLST dostupné evropské izoláty stejného sérotypu (201×), odhalila, že většina evropských izolátů 11A patří do velkého klastru ST-62, který se dělí na tři hlavní subpopulace – obrázek 4. Ve dvou z těchto subpopulací jsou početnější izoláty z Velké Británie a ve třetí převládají izoláty z Islandu. Izoláty z ČR jsou až na čtyři výjimky (145/2017, 89/2018, 176/2018 a 373/2019) součástí subpopulací britských. Malá část izolátů sérotypu 11A, které leží mimo hlavní klastr ST-62, formuje dvě linie jen málo vzájemně příbuzných izolátů. Součástí méně početné linie jsou dva izoláty, které na české fylogenetické síti vykazovaly příbuznost k izolátům sérotypu 33F (318/2018 a 265/2019), společně se třemi izoláty z Islandu, Polska a Běloruska. Zbylé dva české izoláty (317/2016 a 486/2020) leží v početnější linii, ve které se nacházejí izoláty z Velké Británie (11×), Norska (1×) a Španělska (1×).
Obr. 4. Vizualizace genetické diverzity českých (56×) a evropských (201×) izolátů S. pneumoniae sérotypu 11A dostupných v PubMLST databázi za období 2013–2023 Figure 4. Visualization of genetic diversity of Czech (56) and European (201) isolates of S. pneumoniae serotype 11A available in the PubMLST database for 2013–2023
Sérotyp 12F byl reprezentován 34 izoláty s následujícím rozložením sekvenačních typů: nejčastější ST-218 (22×), ST-989 (5×), ST-8060 (3×) a po jednom izolátu ST-6202, ST-6945, ST-15340 a ST-19120 – viz tabulka 1. Na české fylogenetické síti tvoří izoláty sérotypu 12F tři vysoce kompaktní a vzájemně nepříbuzné linie – viz obrázek 2. Nejpočetnější linie obsahuje všech 22 izolátů ST-218 spolu s příbuzným izolátem 672/2019 (ST-15340). Druhá linie je tvořena 5 izoláty ST-989 a příbuzným 482/2016 (ST-19120) a třetí linii formují 3 izoláty ST-8060. Zbylé dva izoláty 411/2020 (ST-6945) a 153/2023 (ST-6202) leží na fylogenetické síti zcela samostatně a nevykazují genetické vazby k žádné z hlavních linií sérotypu 12F ani k sobě navzájem. Fylogenetická analýza, ve které bylo ke studovaným 34 izolátům z ČR připojeno 91 evropských izolátů sérotypu 12F s celogenomovými daty v databázi PubMLST, poskytla podobný výsledek – tři početné a vzájemně nepříbuzné klastry izolátů – obrázek 5. Linie ST-218 byla doplněna 15 izoláty z Velké Británie a 4 izoláty z Nizozemska. V linii ST-8060 dominují izoláty z Velké Británie (39×), především ST-8060 (27×) a ST-3774 (7×), a kromě 3 izolátů z ČR se zde nachází po jednom izolátu z Nizozemska a Norska. Naopak linie ST-989 je tvořena převážně izoláty z Nizozemska (25×), především ST-989 (23x), které doplňují izoláty z ČR a Velké Británie (4x). Izolát 153/2023 (ST-6202) leží na fylogenetické síti stále zcela samostatně, zatímco izolát 411/2020 (ST-6945) vykazuje příbuznost ke dvěma izolátům ST-1820 z Polska a Běloruska.
Obr. 5. Vizualizace genetické diverzity českých (34×) a evropských (91×) izolátů S. pneumoniae sérotypu 12F dostupných v PubMLST databázi za období 2013–2023 Figure 5. Visualization of genetic diversity of Czech (34) and European (91) isolates of S. pneumoniae serotype 12F available in the PubMLST database for 2013–2023
Sérotyp 15B byl v souboru zastoupen 26 izoláty, z nichž 21 patřilo k ST-162 – viz tabulka 1. U zbylých 5 izolátů byly stanoveny následující sekvenační typy: ST-1262 (4×) a ST-199 (1×). Na české fylogenetické síti tvoří izoláty 15B podle svých ST tři samostatné linie, které jsou bez náznaku příbuznosti k sobě navzájem i k izolátům ostatních sérotypů – viz obrázek 2. Jedinou výjimkou představuje izolát 486/2020 (11A), který je geneticky blízký klastru ST-162. Fylogenetická analýza, ve které byly k 26 českým izolátům 15B připojeny evropské izoláty sérotypu 15BC s celogenomovými daty dostupnými v databázi PubMLST (230×), odhalila, že ST-162 je specifický sekvenační typ pro izoláty z ČR – obrázek 6. Do této linie se zařadilo pouze 6 dalších izolátů z Velké Británie: 4× ST-162 a dva izoláty příbuzného ST-2463. Oproti tomu linie ST-199, ke které patří pouze jediný izolát z ČR, je evropskými izoláty bohatě zastoupená: Velká Británie (65×), Island (46×), Polsko (3×) a Německo (1×). Podobně početná je i linie ST-1262, ke které patří i 4 české izoláty: Velká Británie (47×), Island (35×), Slovinsko (3×), Norsko (2×) a Nizozemsko (1×). Zajímavostí je linie, ve které dominuje ST-1025 a kterou tvoří izoláty výhradně z Polska a Běloruska.
Obr. 6. Vizualizace genetické diverzity českých (26×) a evropských (230×) izolátů S. pneumoniae sérotypu 15BC dostupných v PubMLST databázi za období 2013–2023 Figure 6. Visualization of genetic diversity of Czech (26) and European (230) isolates of S. pneumoniae serotype 15B available in the PubMLST database for 2013–2023
Ve studovaném souboru bylo 6 izolátů sérotypu 33F, které patřily k 3 různým ST: ST-100 (4×), ST-673 (1×) a ST-13796 (1×) – viz tabulka 1. Tyto izoláty formují na české fylogenetické síti dvě nezávislé linie, obě se vzdálenou genetickou vazbou k početnému klastru izolátů 11A – viz obrázek 2. Kompaktnější z těchto linií obsahuje výhradně izoláty ST-100 sérotypu 33F (4×) a 11A (1×). Zbylé dva izoláty (ST-673 a ST-13796) tvoří s jedním izolátem 11A (ST-1050) druhou, více heterogenní linii sérotypu 33F. Ve fylogenetické analýze s využitím 101 dostupných evropských celogenomových izolátů 33F, jsou české izoláty ST-100 součástí poměrně heterogenního klastru, který je tvořen především izoláty ST-100 (45×), ST-717 (19×) a jim příbuznými ST (11×), a který obsahuje několik sublinií britských, islandských a norských izolátů – obrázek 7. Izolát 170/2022 (ST-673) je součástí méně početného klastru, který je formován 24 izoláty z Velké Británie (17× ST-673, 4× ST-3741, 2× ST-18332 a 1× ST-18633) a 1 izolátem z Norska (ST-18332). Izolát 11/2018 (ST-13796) leží na fylogenetické síti samostatně a vykazuje příbuznost s klastrem ST-673.
Obr. 7. Vizualizace genetické diverzity českých (6×) a evropských (101×) izolátů S. pneumoniae sérotypu 33F dostupných v PubMLST databázi za období 2013–2023 Figure 7. Visualization of genetic diversity of Czech (6) and European (101) isolates of S. pneumoniae serotype 33F available in the PubMLST database for 2013–2023
Zařazení PCV do národních imunizačních programů v mnoha zemích znamenalo významný pokrok a způsobilo snížení výskytu IPO. Postupně však ve většině zemí docházelo k vzestupu IPO způsobených sérotypy, které do PCV zahrnuty nebyly – sérotypová náhrada. Vzestup IPO způsobených nevakcinačními sérotypy je různorodý v jednotlivých zemích celého světa, včetně Evropy. Recentní studie prokázaly, že jednotlivé sérotypy mají různý invazivní potenciál a mezi sérotypy se zvýšenou schopností působit IPO patří i sérotypy 10A, 11A, 12F, 15B a 33F [34, 35, 36, 37, 38, 39]. Sérotypová náhrada oslabuje účinnost PCV, a proto jsou stále vyvíjeny nové vícevalentní vakcíny. K predikci jejich účinnosti jsou nezbytné molekulární studie, které analyzují populace pneumokoků působících v posledních letech IPO v jednotlivých zemích. Nejnovější studie, která analyzovala celosvětová sekvenační data S. pneumoniae z databáze PubMLST, potvrzuje, že implementace PCV ovlivňuje distribuci sérotypů, ale vliv na strukturu populací pneumokoků je relativně limitovaný [40]. Výstupem další studie analyzující WGS data je, že trvá přibližně pět let, než se invazivní izolát rozšíří v dané zemi [39].
Z epidemiologické analýzy výskytu S. pneumoniae sérotypů 10A, 11A, 12F, 15B a 33F vyvolávajících IPO v ČR v letech 2013 až 2023 vyplývá, že po zavedení pneumokokových vakcín PCV7, PCV10 a PCV13 došlo k nárůstu výskytu těchto sérotypů. U sérotypů 10A, 11A, 12F a 33F byl v ČR zaznamenán zvýšený výskyt v období před pandemií covidu-19 v letech 2015 až 2018. Během pandemie covidu-19 počty případů IPO vyvolaných těmito sérotypy poklesly. V postpandemickém období se počty případů IPO vyvolaných sérotypy 10A a 11A přiblížil předpandemickým hodnotám. U sérotypu 15B došlo k nárůstu počtu případů v postpandemickém období oproti předpandemickým hodnotám. U sérotypů 12F a 33F nebyl pozorován zásadní nárůst počtu případů IPO v postpandemickém období. Z epidemiologických dat dále vyplývá, že IPO vyvolané sérotypy 11A a 12F má vyšší smrtnost, než je celková smrtnost na IPO, která v roce 2023 byla 18,5 % [26].
Analýza WGS dat ukázala, že mezi českými izoláty sérotypu 10A výrazně dominovaly izoláty ST-1551, které tvořily početný a geneticky vysoce kompaktní klastr. Přestože v námi studovaném souboru obsahoval tento klastr mimo českých izolátů převážně izoláty z Velké Británie, byl sekvenační typ ST-1551 v omezené míře zachycen i v dalších evropských zemích – například mezi roky 2018–2020 v Portugalsku [41]. V rámci sérotypu 11A patřily české izoláty převážně k ST-62 nebo k sekvenačním typům příbuzným tomuto ST. Podle výsledků naší studie a dostupné literatury je dominance ST-62 v rámci izolátů sérotypu 11A u evropských izolátů standardní [41, 42, 43]. České izoláty sérotypu 12F patřily do tří hlavních klastrů, které nevykazovaly vzájemnou příbuznost (ST-218, ST-989 a ST-8060). Podobné zastoupení sekvenačních typů bylo zjištěno i v Katalánsku, kde byly nejčastěji zachyceny izoláty ST-989 [43, 44]. Naopak v ČR byly v rámci sérotypu 12F nejčetnější izoláty ST-218. České izoláty sérotypu 15B vykazovaly vysokou míru genetické heterogenity a patřily do tří hlavních evropských klastrů (ST-162, ST-199 a ST-1262) s převahou izolátů ST-162. Naopak v Portugalsku byly zjištěny převážně izoláty ST-1262, především mezi roky 2018–2020 [41]. Vysoká heterogenita izolátů sérotypu 15B byla zjištěna i ve Velké Británii, kde byly zachyceny mimo jiné i izoláty ST-162 a ST-199 [45]. Sérotyp 33F byl v naší studii zastoupen pouze 6 izoláty, ze kterých 4 patřily k ST-100. Oproti tomu ve Velké Británii byly se zvýšenou četností zachyceny kromě izolátů ST-100 ještě izoláty ST-717 a ST-673 [46] a ve Španělsku byly izoláty sérotypu 33F ST-717 zcela dominantní [36].
Struktury populací S. pneumoniae se neustále mění v čase a jsou navíc odlišné i v rámci jednotlivých zemí Evropy. Vnější vlivy, mezi které patří například vakcinační strategie nebo epidemiologická opatření proti onemocnění covid-19, která proběhla v době nedávno minulé, tvoří selekční tlak, který působí na všechny patogeny včetně S. pneumoniae. Přirozenou schopností této bakterie je změnit pouzdro genetickou transformací (capsule switch) a vyhnout se tak aktuálnímu selekčnímu tlaku. Vznik nových rekombinantních kmenů po zavedení vakcinace je dobře zdokumentovaný [47, 48, 49, 50]. Metoda WGS je ideálním nástrojem ke studiu populací S. pneumoniae. Předložená publikace hodnotí strukturu populací pěti sérotypů S. pneumoniae (10A, 11A, 12F, 15B a 33F) a navazuje tak na naši předchozí publikaci, v níž byla analyzována data sérotypů 8 a 22F [27].
České i evropské populace S. pneumoniae různých sérotypů vykazují značnou heterogenitu. Na této škále se vyskytují sérotypy, ve kterých převládají vzájemně příbuzné izoláty jednoho ST (11A) i sérotypy, které jsou tvořeny několika vzájemně zcela nepříbuznými klastry (12F, 15B). Struktury těchto jednotlivých populací se neustále mění v čase a jsou navíc odlišné i v rámci jednotlivých zemí Evropy. Je důležité monitorovat jednotlivé populace S. pneumoniae v co nejvyšší míře a získaná data využívat při zhodnocení možností zavádění nových PCV v ČR.
Zvyšte si kvalifikaci online z pohodlí domova
Nemáte účet? Registrujte se
Zadejte e-mailovou adresu, se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.
