[論文レビュー] Computer-assisted vaccine design

Rao Zhou, Ramdas S. Pophale+1 more|ArXiv.org|Apr 29, 2009

Influenza Virus Research Studies参考文献 45被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、H3N2インフルエンザウイルスの抗原的距離を測るための新規指標を提案し、系統解析やフェレット抗血清阻害試験といった従来手法よりも、年間インフルエンザワクチン効果の予測に優れている。この指標を複数株型の鳥インフルエンザ感染伝播モデルと組み合わせることで、人口リスク（PaR）指標を用いてパンデミックリスクが顕著に低減されることが示され、1971年から2004年までのWHO FluNetデータと照合された。

ABSTRACT

We define a new parameter to quantify the antigenic distance between two H3N2 influenza strains: we use this parameter to measure antigenic distance between circulating H3N2 strains and the closest vaccine component of the influenza vaccine. For the data between 1971 and 2004, the measure of antigenic distance correlates better with efficacy in humans of the H3N2 influenza A annual vaccine than do current state of the art measures of antigenic distance such as phylogenetic sequence analysis or ferret antisera inhibition assays. We suggest that this measure of antigenic distance could be used to guide the design of the annual flu vaccine. We combine the measure of antigenic distance with a multiple-strain avian influenza transmission model to study the threat of simultaneous introduction of multiple avian influenza strains. For H3N2 influenza, the model is validated against observed viral fixation rates and epidemic progression rates from the World Health Organization FluNet - Global Influenza Surveillance Network. We find that a multiple-component avian influenza vaccine is helpful to control a simultaneous multiple introduction of bird-flu strains. We introduce Population at Risk (PaR) to quantify the risk of a flu pandemic, and calculate by this metric the improvement that a multiple vaccine offers.

研究の動機と目的

• 現在の手法よりも、H3N2インフルエンザウイルスとワクチン成分との間の抗原的距離をより正確に測定する指標を開発すること。
• 実世界のワクチン効果と相関の高い定量的抗原的距離指標を用いて、年間インフルエンザワクチン設計を改善すること。
• 複数の鳥インフルエンザ株が同時に導入される状況における脅威を、複数株型伝播モデルを用いて評価すること。
• 人口リスク（PaR）指標を用いて、多価鳥インフルエンザワクチンのパンデミックリスク低減効果を評価すること。
• WHO FluNetデータから得られる1971年から2004年までのH3N2流行の進行状況および固定化率を用いて、伝播モデルの妥当性を検証すること。

提案手法

• 著者らは、抗原的データに基づき、循環中のH3N2株とワクチン株との間の免疫学的差を定量化する新しい抗原的距離パラメータを定義した。
• 1971年から2004年までのデータを用いて、この抗原的距離指標を系統的配列解析やフェレット抗血清阻害試験といった既存手法と比較した。
• 人間集団への複数の鳥インフルエンザ株の同時導入を模擬するため、複数株型の鳥インフルエンザ感染伝播モデルを構築した。
• モデルは株特異的な伝播ダイナミクスを組み込み、WHO FluNetから得た歴史的H3N2固定化率および流行進行率を用いて検証した。
• パンデミック脅威を定量化し、多価ワクチン戦略の影響を評価するために、人口リスク（PaR）指標を導入した。
• 単価ワクチンと多価ワクチンのシナリオを比較することで、多成分鳥インフルエンザワクチンの有効性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 提案された抗原的距離指標は、現在のゴールドスタンダード手法よりも、実際のH3N2ワクチン効果とより強く相関するか？
• RQ2 複数株型の鳥インフルエンザ伝播モデルは、歴史的H3N2流行パターンおよび固定化率を正確に再現できるか？
• RQ3 多価鳥インフルエンザワクチンは、モノバレンチッドワクチンと比較して、人口リスク（PaR）をどの程度低減するか？
• RQ4 抗原的距離指標は、年間インフルエンザワクチンの最適なワクチン株選択をどのように支援するか？
• RQ5 多価鳥インフルエンザワクチンは、パンデミック対策において、定量的にどの程度の改善をもたらすか？

主な発見

• 提案された抗原的距離指標は、系統的配列解析やフェレット抗血清阻害試験よりも、人間における観察されたH3N2ワクチン効果とより強く相関した。
• 複数株型の鳥インフルエンザ伝播モデルは、WHO FluNetデータから得た歴史的H3N2固定化率および流行進行率をうまく再現した。
• 多成分鳥インフルエンザワクチンは、人口リスク（PaR）を顕著に低減し、パンデミックの脅威が低下することを示した。
• モデルは、複数株の同時導入が単一導入よりも大きな脅威をもたらすことを示し、多価ワクチン接種によってこれを緩和できることを示した。
• 抗原的距離指標は、従来手法よりもより正確で定量的な根拠を提供し、ワクチン株選択に役立つ。
• 本研究は、定量的抗原的指標と伝播モデリングを統合するフレームワークを確立し、将来的なワクチン設計およびパンデミック対策の指針とすることを可能にした。