Global spatial dynamics and vaccine-induced fitness changes of Bordetella pertussis
2 CAM - University of Cambridge [Cambridge, UK]
3 Biodiversité et Epidémiologie des Bactéries pathogènes - Biodiversity and Epidemiology of Bacterial Pathogens
4 CNR - Centre national de Référence de la Coqueluche et autres Bordetelloses - National Reference Center for Whooping Cough and other Bordetella infections
5 University of Turku
6 RIVM - National Institute for Public Health and the Environment [Bilthoven]
7 Statens Serum Institut [Copenhagen]
8 Public Health Agency of Sweden
9 National Institute of Public Health [Prague]
10 NIPH - Norwegian Institute of Public Health [Oslo]
11 Public Health England [London]
12 Vall d'Hebron University Hospital [Barcelona]
13 UAB - Universitat Autònoma de Barcelona = Autonomous University of Barcelona = Universidad Autónoma de Barcelona
14 Uppsala University
15 CHI - Children's Health Ireland [Crumlin, Dublin, Ireland]
16 VUB - Vrije Universiteit Brussel [Bruxelles]
17 ISS - Istituto Superiore di Sanità = Italian National Institute of Health [Roma, Italia]
18 Rega Institute for Medical Research [Leuven]
19 Département de Pédiatrie et maladies infectieuses [CHU Necker]
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Résumé
As with other pathogens, competitive interactions between Bordetella pertussis strains drive infection risk. Vaccines are thought to perturb strain diversity through shifts in immune pressures; however, this has rarely been measured because of inadequate data and analytical tools. We used 3344 sequences from 23 countries to show that, on average, there are 28.1 transmission chains circulating within a subnational region, with the number of chains strongly associated with host population size. It took 5 to 10 years for B. pertussis to be homogeneously distributed throughout Europe, with the same time frame required for the United States. Increased fitness of pertactin-deficient strains after implementation of acellular vaccines, but reduced fitness otherwise, can explain long-term genotype dynamics. These findings highlight the role of vaccine policy in shifting local diversity of a pathogen that is responsible for 160,000 deaths annually.