Increased bacterial taxonomic and functional diversity is associated with impaired rotavirus vaccine immunogenicity in infants from India and Malawi
Creators
- 1. University of Liverpool
- 2. Malawi-Liverpool-Wellcome Trust Clinical Research Programme
- 3. Health Protection Research Unit in Emerging and Zoonotic Infections at University of Liverpool
- 4. Christian Medical College & Hospital
- 5. London School of Hygiene & Tropical Medicine
Description
The immunogenicity and effectiveness of oral rotavirus vaccines (ORVs) against severe rotavirus-associated gastroenteritis are impaired in low- and middle-income countries (LMICs) where the burden of disease is highest. Determining risk factors for impaired ORV response may help identify strategies to enhance vaccine effectiveness. In this study, we use metagenomic sequencing to provide a high-resolution taxonomic analysis of stool samples collected at 6 weeks of age (coinciding with the first ORV dose) during a prospective study of ORV immunogenicity in India and Malawi. We then analyse the functional capacity of the developing microbiome in these cohorts. Microbiome composition differed significantly between countries, although functional capacity was more similar than taxonomic composition. Our results confirm previously reported findings that the developing microbiome is more diverse in taxonomic composition in ORV non-seroconverters compared with seroconverters, and we additionally demonstrate a similar pattern in functional capacity. Although taxonomic or functional feature abundances are poor predictors of ORV response, we show that skews in the direction of associations within these microbiome data can be used to identify consistent markers of ORV response across LMIC infant cohorts. We also highlight the systemic under-representation of reference genes from LMICs that limit functional annotation in our study (7% and 13% annotation at pathway and enzyme commission level, respectively). Overall, higher microbiome diversity in early life may act as marker for impaired ORV response in India and Malawi, whilst a holistic perspective of functional capacity may be hidden in the "dark matter" of the microbiome.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
ضعف المناعة وفعالية لقاحات فيروس الروتا الفموية (ORVs) ضد التهاب المعدة والأمعاء الحاد المرتبط بفيروس الروتا في البلدان منخفضة ومتوسطة الدخل (LMICs) حيث يكون عبء المرض أعلى. قد يساعد تحديد عوامل الخطر لضعف الاستجابة للفيروسات القهقرية على تحديد استراتيجيات لتعزيز فعالية اللقاح. في هذه الدراسة، نستخدم التسلسل الميتاجينومي لتوفير تحليل تصنيفي عالي الدقة لعينات البراز التي تم جمعها في عمر 6 أسابيع (بالتزامن مع الجرعة الأولى من ORV) أثناء دراسة مستقبلية للتوليد المناعي لـ ORV في الهند وملاوي. ثم نحلل القدرة الوظيفية للميكروبيوم النامي في هذه المجموعات. اختلف تكوين الميكروبيوم بشكل كبير بين البلدان، على الرغم من أن القدرة الوظيفية كانت أكثر تشابهًا من التكوين التصنيفي. تؤكد نتائجنا النتائج التي تم الإبلاغ عنها سابقًا بأن الميكروبيوم النامي أكثر تنوعًا في التركيب التصنيفي في محولات ORV غير المصلية مقارنة بالمحولات المصلية، ونظهر بالإضافة إلى ذلك نمطًا مشابهًا في القدرة الوظيفية. على الرغم من أن وفرة الميزات التصنيفية أو الوظيفية هي تنبؤات ضعيفة لاستجابة الفيروسات القهقرية، إلا أننا نظهر أن الانحرافات في اتجاه الارتباطات داخل بيانات الميكروبيوم هذه يمكن استخدامها لتحديد علامات متسقة لاستجابة الفيروسات القهقرية عبر مجموعات الرضع منخفضة ومتوسطة الدخل. نسلط الضوء أيضًا على التمثيل الناقص المنهجي للجينات المرجعية من البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل التي تحد من التعليق التوضيحي الوظيفي في دراستنا (7 ٪ و 13 ٪ تعليق توضيحي على مستوى المسار والإنزيم، على التوالي). بشكل عام، قد يعمل تنوع الميكروبيوم العالي في الحياة المبكرة كعلامة على ضعف استجابة ORV في الهند وملاوي، في حين قد يتم إخفاء منظور شامل للقدرة الوظيفية في "المادة المظلمة" للميكروبيوم.Translated Description (French)
L'immunogénicité et l'efficacité des vaccins oraux contre les rotavirus (ORV) contre la gastro-entérite sévère associée aux rotavirus sont altérées dans les pays à revenu faible et intermédiaire (PRFI) où la charge de morbidité est la plus élevée. La détermination des facteurs de risque d'altération de la réponse au VRO peut aider à identifier des stratégies pour améliorer l'efficacité du vaccin. Dans cette étude, nous utilisons le séquençage métagénomique pour fournir une analyse taxonomique à haute résolution d'échantillons de selles prélevés à l'âge de 6 semaines (coïncidant avec la première dose de VRO) au cours d'une étude prospective de l'immunogénicité du VRO en Inde et au Malawi. Nous analysons ensuite la capacité fonctionnelle du microbiome en développement dans ces cohortes. La composition du microbiome différait considérablement d'un pays à l'autre, bien que la capacité fonctionnelle soit plus similaire à la composition taxonomique. Nos résultats confirment les résultats précédemment rapportés selon lesquels le microbiome en développement est plus diversifié dans la composition taxonomique chez les non-séroconvertisseurs ORV par rapport aux séroconvertisseurs, et nous démontrons en outre un modèle similaire dans la capacité fonctionnelle. Bien que les abondances de caractéristiques taxonomiques ou fonctionnelles soient de mauvais prédicteurs de la réponse au VRO, nous montrons que les biais dans la direction des associations au sein de ces données de microbiome peuvent être utilisés pour identifier des marqueurs cohérents de la réponse au VRO dans les cohortes de nourrissons LMIC. Nous soulignons également la sous-représentation systémique des gènes de référence des PRFI qui limitent l'annotation fonctionnelle dans notre étude (annotation de 7% et 13% au niveau de la voie et de la commission enzymatique, respectivement). Dans l'ensemble, une plus grande diversité du microbiome au début de la vie peut agir comme marqueur d'une réponse altérée du VRO en Inde et au Malawi, tandis qu'une perspective holistique de la capacité fonctionnelle peut être cachée dans la « matière noire » du microbiome.Translated Description (Spanish)
La inmunogenicidad y la eficacia de las vacunas orales contra el rotavirus (ORV, por sus siglas en inglés) contra la gastroenteritis grave asociada al rotavirus se ven afectadas en los países de ingresos bajos y medios (LMIC, por sus siglas en inglés), donde la carga de la enfermedad es más alta. Determinar los factores de riesgo para la respuesta alterada de ORV puede ayudar a identificar estrategias para mejorar la efectividad de la vacuna. En este estudio, utilizamos la secuenciación metagenómica para proporcionar un análisis taxonómico de alta resolución de muestras de heces recolectadas a las 6 semanas de edad (coincidiendo con la primera dosis de ORV) durante un estudio prospectivo de inmunogenicidad de ORV en India y Malawi. A continuación, analizamos la capacidad funcional del microbioma en desarrollo en estas cohortes. La composición del microbioma difirió significativamente entre países, aunque la capacidad funcional fue más similar que la composición taxonómica. Nuestros resultados confirman los hallazgos informados anteriormente de que el microbioma en desarrollo es más diverso en la composición taxonómica en los no seroconvertidores ORV en comparación con los seroconvertidores, y además demostramos un patrón similar en la capacidad funcional. Aunque las abundancias de características taxonómicas o funcionales son predictores deficientes de la respuesta ORV, mostramos que los sesgos en la dirección de las asociaciones dentro de estos datos del microbioma se pueden usar para identificar marcadores consistentes de la respuesta ORV en cohortes infantiles de LMIC. También destacamos la subrepresentación sistémica de los genes de referencia de los PIBM que limitan la anotación funcional en nuestro estudio (7% y 13% de anotación a nivel de vía y comisión enzimática, respectivamente). En general, una mayor diversidad de microbiomas en la vida temprana puede actuar como marcador de una respuesta alterada de ORV en India y Malawi, mientras que una perspectiva holística de la capacidad funcional puede estar oculta en la "materia oscura" del microbioma.Files
s12866-023-03098-z.pdf
Files
(3.0 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:db98cce39c45b19725387cdf852b533e
|
3.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ترتبط زيادة التنوع التصنيفي والوظيفي للبكتيريا بضعف المناعة المناعية للقاح فيروس الروتا لدى الرضع من الهند وملاوي
- Translated title (French)
- L'augmentation de la diversité taxonomique et fonctionnelle bactérienne est associée à une altération de l'immunogénicité du vaccin antirotavirus chez les nourrissons d'Inde et du Malawi
- Translated title (Spanish)
- El aumento de la diversidad taxonómica y funcional bacteriana se asocia con un deterioro de la inmunogenicidad de la vacuna contra el rotavirus en bebés de la India y Malawi
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4388793570
- DOI
- 10.1186/s12866-023-03098-z
References
- https://openalex.org/W2002732332
- https://openalex.org/W2036897871
- https://openalex.org/W2113014022
- https://openalex.org/W2328134362
- https://openalex.org/W2345658906
- https://openalex.org/W2546024328
- https://openalex.org/W2602314417
- https://openalex.org/W2772025401
- https://openalex.org/W2808457437
- https://openalex.org/W2884386248
- https://openalex.org/W2886376263
- https://openalex.org/W2887302674
- https://openalex.org/W2892764624
- https://openalex.org/W2950464960
- https://openalex.org/W2990618091
- https://openalex.org/W3042305844
- https://openalex.org/W3113179359
- https://openalex.org/W3119664706
- https://openalex.org/W3159504416
- https://openalex.org/W3170968332
- https://openalex.org/W3193361577
- https://openalex.org/W3194368512
- https://openalex.org/W3211779138
- https://openalex.org/W4200153137
- https://openalex.org/W4213375238