NON-PROTECTED. The impact of perfluorinated toxicants and the gut microbiome on vaccine responses in children

Vaksinasjonsprogrammer er blant medisinens største suksesser, men kan nå være truet pga miljøgifters virkning på immunforsvaret. En studie fra Færøyene viste at eksponering for miljøgiftene perfluoralkyl- og polyfluoroalkyl-substansene (PFAS) i barnealderen, stoffer som finnes i Gortex, Teflon, vannavstøtende papir med mer, var relatert til effekten av vaksiner. Barn som var blitt eksponert for de høyeste verdiene hadde så dårlig respons at vaksinene ikke ville gi beskyttelse. Også andre faktorer ved moderne livsstil, som keisersnitt og antibiotika, gir grunn til bekymring da det forandrer sammensetningen av tarmfloraen og reduserer diversiteten. Et tidlig møte med visse bakterier regnes som avgjørende for et velfungerende immunforsvar. Hovedformålet med dette forskningsprosjektet er å undersøke om PFAS er av betydning for vaksineresponsen ved de nivåer vi eksponeres for i Norge, samt å undersøke tarmfloraens rolle for vaksineresponser. Et spennende funn blir beskrevet i den første publiserte artikkelen vår som undersøker påvirkningen av miljøgifter, inkludert PFAS i morsmelk på spedbarnets tarmflora. PFOS var assosiert med mindre mangfold i tarmfloraen. Kjemikaliene i morsmelk forklarer opptil 34% av variansen i kortkjedede fettsyrer, dvs ser ut til å være av stor betydning for tarmfloraens funksjon. Våre funn kan peke på en virkningsmekanisme for PFAS på immunforsvaret (Iszatt et al. 2019). Vi målte 11 individuelle PFAS-forbindelser i 800 prøver fra 7-14 år gamle barn. Resultatene gir ny informasjon om PFAS-eksponering hos norske barn. Åtte PFAS ble funnet i mer enn 50 % av prøvene, med generelt høyere nivåer for gutter enn for jenter. I underkant av 30% av barna hadde høyere blodnivåer av PFAS enn det som European Food Safety Authority (EFSA) anser som trygt (Paulsen et al. 2023). I flere samlede studier fra forskjellige europeiske land hadde norske tenåringer (12-14 år) høyere PFAS-konsentrasjoner enn tenåringer fra Sør- eller Øst-Europa, og mer spising av fisk eller egg var relatert til omtrent 20 % høyere konsentrasjoner (Richterova et al. 2023). Risikovurdering av PFAS- blandinger indikerte også at eksponering kan medføre immunologiske helserisikoer for tenåringer (Bil et al. 2023). Vi fant også at PFAS var relatert til faktorer som kan påvirke immunresponsen, med lavere kroppsmasseindeks (Schillemans et al. 2023), og høyere testosteronnivå hos jenter og lavere FSH-nivåer hos gutter (Rodriguez-Carrillo et al. 2023), noe som antyder potensiale for interaksjoner. Til slutt har vi etablert en avansert analytisk plattform (Multiplex) for måling av vaksinesponsantistoff ved Folkehelseinstituttet. Dette gir et mer nøyaktig mål på hvordan immunforsvaret reagerer på vaksinene sammenlignet med tradisjonelle instrumenter (ELISA). Vi analyserte DTP og MMR antistoffer, IgE-allergisk respons i barns prøver og 10 individuelle PFAS i mors prøver fra da de var gravide. Dataene kombineres i den siste fasen av prosjektet for å se om lave nivåer av PFAS påvirker immunresponsen.

Vaccinations programs is a success story of modern medicine but may be threatened by an insufficient response to vaccines due to immune depriving factors. Of concern is a recent Faroese study reporting vaccine responses below clinically protective levels observed in children with high exposure to the ubiquitous perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFASs). Another concern is the effect of modern lifestyle, such as mode of delivery and antibiotics, which alters microbial composition and diversity in the gut, an input which is crucial for the development of the immune system and which also may affect vaccine responses. Finally, in a pilot study from our group, PFASs affected gut microbiota diversity and composition. Infants may thus be affected by a double hit: an altered gut microbiome, exposure to the ubiquitous PFAS, as well as a possible interaction between the two. The primary aim of this research proposal is to i) confirm or refute the Faroese study by investigating the association between PFASs and antibody responses to vaccines. ii) investigate the potential mechanistic roles of gut microbiota and thyroid hormones, iii) investigate the role of an aberrant early life gut microbiome towards the mentioned immune outcomes in its own right. We will utilize several unique birth cohort, amongst others cohorts with data on PFASs, as well as gut microbiome composition and short chain fatty acids in early life in children now 12 years. The vast amount of existing data, and the novel mobilisation of existing health resources will enable a highly cost effective project. The project brings together the requisite multidisciplinary expertise in collaboration with international experts at the very forefront of the research area. We expect that our findings will be of importance for policy makers and could lead to innovative knowledge on the gut microbiome, possibly providing insight in how it can be rebalanced to ensure optimal vaccine responses.