Understanding how vaccines perform against different pathogen genotypes is crucial for developing effective prevention strategies, particularly for highly genetically diverse pathogens like HIV. Sieve analysis is a statistical framework used to determine whether a vaccine selectively prevents acquisition of certain genotypes while allowing breakthrough of other genotypes that evade immune responses. Traditionally, these analyses are conducted with a single sequence available per individual acquiring the pathogen. However, modern sequencing technology can provide detailed characterization of intra-individual viral diversity by capturing up to hundreds of pathogen sequences per person. In this work, we introduce methodology that extends sieve analysis to account for intra-individual viral diversity. Our approach estimates vaccine efficacy against viral populations with varying true (unobservable) frequencies of vaccine-mismatched mutations. To account for differential resolution of information from differing sequence counts per person, we use competing risks Cox regression with modeled causes of failure and propose an empirical Bayes approach for the classification model. Simulation studies demonstrate that our approach reduces bias, provides nominal confidence interval coverage, and improves statistical power compared to conventional methods. We apply our method to the HVTN 705 Imbokodo trial, which assessed the efficacy of a heterologous vaccine regimen in preventing HIV-1 acquisition.


翻译:理解疫苗对不同病原体基因型的保护效果对于制定有效的预防策略至关重要,尤其是针对像HIV这样遗传高度多样化的病原体。筛选分析是一种统计框架,用于确定疫苗是否选择性地防止某些基因型的感染,同时允许其他逃避免疫应答的基因型突破感染。传统上,这些分析基于每个感染者仅可获得单条序列数据。然而,现代测序技术能够通过捕获每人多达数百条病原体序列,提供个体内病毒多样性的详细表征。本研究提出了一种将筛选分析扩展至考虑个体内病毒多样性的方法。我们的方法估计了疫苗对具有不同(不可观测的)疫苗不匹配突变真实频率的病毒群体的效力。为处理因每人序列数量不同导致的信息分辨率差异,我们采用竞争风险Cox回归对失效原因进行建模,并提出用于分类模型的经验贝叶斯方法。模拟研究表明,与传统方法相比,我们的方法能够减少偏差、提供名义置信区间覆盖度并提高统计功效。我们将该方法应用于评估异源疫苗方案预防HIV-1感染效力的HVTN 705 Imbokodo试验。

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