Le Emergenze Rotavirus, una sfida globale Franco Giovanetti ASL Alba Bra Regione Piemonte, Dipartimento di Prevenzione [email protected] Introduzione che rivestono un ruolo primario ai fini della classificazione e della risposta immunitaria, tralasciando le altre proteine strutturali, meno importanti per la presente trattazione. La porzione interna del virus (core) contiene il genoma costituito da 11 segmenti di RNA; il capside contiene le proteine strutturali denominate VPs, ossia viral proteins (proteine virali). La parte interna del capside contiene VP6, ossia l’antigene che identifica il sierogruppo e che costituisce il target dei test di laboratorio per l’identificazione del rotavirus. La parte esterna del capside presenta gli antigeni VP4 e VP7, descritti solo nel sierogruppo A, il più comune nell’uomo. Questi due antigeni rivestono un’importanza fondamentale, poiché inducono la formazione di anticorpi neutralizzanti 1. La Tabella I costituisce un tentativo di rappresentare la complessa struttura dei rotavirus. Analogamente ad altri microrganismi molto importanti in patologia umana, i rotavirus sono classificati in sierogruppi e sierotipi 2. Sono noti 7 distinti sierogruppi (dal sie- Dopo la sfortunata vicenda del vaccino Rotashield, introdotto negli Stati Uniti nel 1998 e ritirato l’anno successivo a causa di un’incidenza di invaginazioni intestinali superiore all’atteso, due nuovi vaccini vivi attenuati contro il rotavirus somministrabili per via orale sono stati registrati in vari Paesi, Rotarix (GSK) e Rotateq (Sanofi Pasteur). Sebbene molte informazioni sull’argomento siano disponibili in rete e nelle riviste specializzate, alcuni aspetti mi pare non siano stati sino ad ora, per lo meno nel nostro Paese, sufficientemente approfonditi: il polimorfismo genetico e strutturale del rotavirus, le problematiche legate alla sorveglianza delle infezioni da rotavirus, e infine le sfide che dovranno affrontare i nuovi vaccini, sia nei Paesi sviluppati che in quelli in via di sviluppo. Questi tre temi sono strettamente interconnessi e permettono di esaminare il problema sia dal punto di vista immunologico che in un’ottica di Sanità Pubblica. Un virus multiforme I rotavirus umani fanno parte di una vasta famiglia di agenti virali (Reoviridae) patogeni per varie specie animali. A livello mondiale, l’infezione da rotavirus è la causa più importante di diarrea nel bambino. La maggior parte dei decessi conseguenti all’infezione è concentrata nei Paesi in via di sviluppo, quindi da tempo si era in attesa di un vaccino in grado di controllare tale patologia. Non è possibile comprendere appieno le problematiche legate alla vaccinazione antirotavirus se non si conosce la struttura del virus e la sua classificazione. La Figura 1 illustra la struttura del rotavirus. Di seguito saranno trattate le caratteristiche delle proteine Fig. 1. Struttura del rotavirus (fonte: CDC, Atlanta, USA). Rivista di Immunologia e Allergologia Pediatrica 45 Le Emergenze Tab. I. Classificazione dei rotavirus. Antigene Che cosa esprime? Denominazione Caratteristiche principali Peculiarità VP6 Sierogruppo A→G Solo tre sierogruppi causano infezione nell’uomo (A, B, C). Quasi sempre è in causa il sierogruppo A, occasionalmente B e C VP6 è l’antigene target dei comuni test diagnostici di laboratorio VP4 Sierotipo P P1 → P11 11 sierotipi P sono stati identificati nell’uomo VP7 Sierotipo G G1 → G14 10 sierotipi G sono stati identificati nell’uomo, 4 di essi (da G1 a G4) prevalgono a livello mondiale I sierotipi VP7 e VP4 sono descritti solo per il sierogruppo A; inducono anticorpi neutralizzanti rogruppo A al sierogruppo G), 3 dei quali (A, B, C) sono patogeni nell’uomo. Di essi, prevale nettamente il sierogruppo A quale responsabile di gastroenterite, mentre B e C sono di riscontro occasionale. I sierotipi, come già detto, sono descritti solo nell’ambito del sierogruppo A, e vengono identificati sulla base delle caratteristiche degli antigeni VP4 e VP7. L’antigene VP4 determina il sierotipo P (dove P sta per Proteasi-sensibile), mentre VP7 determina il sierotipo G (così chiamato poiché VP7 è una Glicoproteina). Siamo quindi in presenza di un sistema binario di classificazione, che ricorda quello utilizzato per i virus A dell’influenza. Poiché VP4 e VP7 sono codificati da due distinti segmenti di RNA (il numero 4 e il numero 7, che codificano per VP4 e VP7 rispettivamente) i rotavirus possono produrre nuove e molteplici combinazioni di antigeni P e G, tramite un processo chiamato riassortimento. L’infezione di una stessa cellula da parte di due diversi sierotipi può produrre una nuova combinazione P-G attraverso il riassortimento genetico. Poiché entrambe le proteine sono cruciali nell’evocare una risposta immunitaria, è necessario studiare la loro prevalenza nelle diverse popolazioni e l’emergere di variazioni antigeniche. Ricordiamo che esiste anche una tipizzazione genetica, ossia l’identificazione del genotipo relativo a VP4 (genotipo P) e VP7 (genotipo G) di un determinato rotavirus. La numerazione dei sierotipi e dei genotipi G è identica, quindi si usa un unico numero, per esempio G1. Al contrario, essendo l’identificazione di VP4 tecnicamente complessa, relativamente a questo antigene i ceppi sono identificati attraverso l’analisi del genotipo oppure tramite la sierotipizzazione. Il risultato è una doppia nomenclatura; il genotipo è riportato con una P seguita da un numero tra parentesi quadra (ad es. P[4]), mentre il sierotipo è indicato con una P segui- ta dal numero del sierotipo e dal corrispondente genotipo incluso in una parentesi quadra: G1P1A[8] Genotipo = Sierotipo Genotipo Sierotipo Lo stesso sierotipo si può anche indicare come G1P[8] oppure P[8]G1. Ciò spiega la complessa nomenclatura dei rotavirus che, da quando sono disponibili i vaccini, dobbiamo iniziare a conoscere. A che scopo dilungarsi così tanto sui sierogruppi ed i sierotipi? Non si tratta di un interesse puramente accademico: al contrario, siamo di fronte al punto cruciale che condiziona per intero il tema della prevenzione vaccinale delle infezioni da rotavirus. Infatti, siamo in presenza di un virus multiforme, i cui sierotipi presentano delle differenze importanti da una regione del mondo all’altra e, nella stessa regione, da un periodo di tempo all’altro; inoltre, come sempre accade quando un patogeno con tali caratteristiche viene sottoposto alla pressione selettiva rappresentata dalla vaccinazione, è teoricamente possibile l’emergere di sierotipi nuovi verso i quali l’efficacia vaccinale potrebbe essere ridotta. Diffusione dei sierotipi Da tempo è noto che la maggior parte delle diarree da rotavirus nel mondo è sostenuta da 4 sierotipi G, Rivista di Immunologia e Allergologia Pediatrica 46 Le Emergenze ossia espressi da VP7: sono quelli numerati da G1 a G4. Con l’affinarsi delle metodiche di laboratorio, includenti la genotipizzazione, è stato possibile studiare più a fondo sia i sierotipi G, scoprendo i genotipi rari come G8 e G9, sia i sierotipi P che, come abbiamo visto, sono espressi da VP4. Studi recenti hanno evidenziato che le quattro combinazioni più comuni G1P[8], G2P[4], G4P[8], G3P[8] rappresentano circa il 76% di tutti i ceppi identificati, mentre i ceppi emersi più recentemente, ossia G9P[8] e G9P[6] sono nettamente minoritari, costituendo circa il 2% 3. Diversi studi hanno descritto il ruolo di sierotipi differenti da G1-G4 quali causa di gastroenterite nel bambino, ad esempio G5P[8], G8P[6] e G8P[4], identificati rispettivamente in Brasile, Malawi e India 3. Un altro sierotipo, il G9, che possiede un’elevata potenzialità di produrre differenti combinazioni dei sierotipi P e G, ha assunto di recente un rilievo mondiale, con una prevalenza del 5,8% nel 2001 4. Se escludiamo G1-G4 e G9, i sierotipi rari (inclusi G5, G6, G8 e G10 in varie combinazioni con P[4], P[6], P[8], P[9] e P[14]) ammontano a circa l’1,2% del totale. Se effettuiamo una comparazione degli studi effettuati in continenti diversi, vediamo che P[6] presenta una maggiore incidenza in America Latina, Africa e Asia rispetto all’Europa e al Nordamerica. In generale, si osserva che la circolazione di alcuni ceppi che nei Paesi sviluppati sono insoliti e rari, è relativamente maggiore nelle popolazioni dei Paesi in via di sviluppo 3. Un recentissimo studio condotto in Bangladesh 5 riporta l’isolamento, in casi umani, di ceppi G11 (comunemente patogeni per il maiale) contenenti l’antigene P[8] o P[6] dei rotavirus umani; ciò induce gli Autori ad ipotizzare che sia avvenuto un riassortimento tra virus animali e virus umani. Un altro sierotipo insolito riscontrato in Bangladesh è G12, che nella stagione 2005-2006 ha costituito una significativa proporzione degli isolati, pari al 13,6%. Basi razionali dell’immunizzazione Alcune considerazioni sono alla base della vaccinazione universale contro il rotavirus, sia nei Paesi in via di sviluppo che in quelli industrializzati. Per quanto riguarda i primi, l’obiettivo principale è quello di ridurre la mortalità: secondo l’OMS le infezioni da rotavirus causano circa 500.000 morti ogni anno tra i bambini di età inferiore ai 5 anni nei Paesi più poveri e circa un terzo delle ospedalizzazioni per diarrea in tutto il mondo 6. Se invece osserviamo le caratteristiche della malattia nei Paesi sviluppati, come gli Stati Uniti, vediamo che, se da un lato la mortalità è di gran lunga inferiore, l’incidenza è simile a quella dei Paesi in via di sviluppo 1. Ciò significa che la disponibilità di acqua potabile e l’elevato livello igienico, così efficaci nel controllo delle malattie a trasmissione oro-fecale, hanno un limitato impatto sulla diffusione del rotavirus 7. Inoltre, negli Stati Uniti il tasso di ospedalizzazione rimane elevato nonostante la disponibilità di soluzioni per la reidratazione orale e l’ampia diffusione delle Linee Guida per la loro corretta utilizzazione nel trattamento della gastroenterite. Considerazioni simili possono essere valide anche per l’Europa occidentale. Sappiamo che la prima infezione da rotavirus induce immunità nei confronti delle reinfezioni successive; uno studio ha valutato la protezione conferita da ciascuna infezione da rotavirus in un gruppo di 200 bambini messicani dalla nascita sino ai 2 anni di vita 8. I bambini che avevano avuto 1, 2, o 3 precedenti in- Firenze, Il Perseo di Benvenuto Cellini - Paolo Parigi Rivista di Immunologia e Allergologia Pediatrica 47 Le Emergenze fezioni da rotavirus mostravano un rischio progressivamente inferiore di incorrere in successive infezioni. In ogni caso, le successive infezioni erano significativamente meno gravi rispetto a quelle iniziali, e più facilmente erano causate da rotavirus di un sierotipo G differente. Queste considerazioni ci conducono direttamente allo scopo della vaccinazione: non si tratta di prevenire le gastroenteriti da rotavirus attraverso le stesse modalità note per altre patologie prevenibili con un vaccino, per esempio il morbillo. Il vaccinato contro il morbillo sviluppa in modo definitivo l’immunità che lo proteggerà dall’infezione in caso di contatto con il virus selvaggio. Nel caso del rotavirus, al contrario, siamo di fronte a bambini destinati naturalmente ad essere infettati più volte. Dobbiamo allora fare in modo che la prima infezione sia quella causata dal vaccino anziché dal virus selvaggio, affinché l’infezione severa che di solito vediamo al primo contatto del bambino con un rotavirus venga sostituita da un’infezione lieve e di solito asintomatica qual è quella vaccinale. La prima infezione è la più grave, e noi vogliamo prevenire proprio quella. Le infezioni successive, dovute all’esposizione al virus selvaggio, avranno come risultato una malattia lieve o anche una forma asintomatica. Siamo quindi di fronte ad una vaccinazione il cui risultato atteso è il controllo della malattia e in particolare la prevenzione delle forme clinicamente severe, piuttosto che la prevenzione dell’infezione in sé: questo è un aspetto della vaccinazione che gli operatori devono essere in grado di spiegare al pubblico, per evitare che si creino degli equivoci sugli obiettivi che si intende perseguire. diarrea severa da rotavirus e di sicurezza, in particolare per quanto riguarda l’invaginazione intestinale, che non risulta associata a nessuno dei due prodotti. I due fondamentali trial clinici hanno coinvolto un numero molto grande di bambini, più di 60.000 per Rotarix 9, arruolati in Finlandia e in vari Paesi latinoamericani, e circa 70.000 prevalentemente negli Stati Uniti e in Finlandia per Rotateq 10. Limitatamente a Rotarix, è stato condotto un ulteriore studio esclusivamente su bambini di vari Paesi europei 11. Rotarix è un vaccino vivo monovalente, derivato dal più frequente ceppo di rotavirus umano, il G1P[8], attenuato attraverso una serie di passaggi in coltura; richiede due dosi per via orale a distanza di 1-2 mesi l’una dall’altra. Il virus vaccinale si replica facilmente nell’intestino ed è eliminato per via fecale da circa il 50% dei vaccinati. Rotateq è anch’esso un vaccino vivo attenuato ma, a differenza del precedente, deriva da un ceppo bovino (WC-3) sottoposto al riassortimento con segmenti di RNA provenienti dai rotavirus umani. Il risultato è un vaccino pentavalente. Ciascuno dei 5 virus contiene, oltre ai geni del ceppo WC-3, un singolo gene del rotavirus umano che codifica per una delle proteine VP4 o VP7 appartenenti ai più diffusi sierotipi, e precisamente: G1, G2, G3, G4 e P[8]. I virus vaccinali di Rotateq hanno altre tre caratteristiche peculiari: si replicano meno facilmente nell’intestino rispetto a quelli selvaggi, per cui è necessario un più elevato titolo virale per l’immunizzazione, raramente sono eliminati con le feci e infine richiedono tre dosi orali, con un intervallo di almeno 1 mese. La Tabella II riporta i principali risultati di efficacia dei due vaccini. Occorre sottolineare che non è possibile comparare le percentuali di efficacia riportate per i due vaccini, per due ragioni: la prima è che la severità clinica è stata misurata con due scale diverse (Vesikari Scale per Rotarix e Clarke Scale per Rotateq); in secondo luogo, i due studi più importanti sono sta- I vaccini antirotavirus I trial clinici relativi ai due vaccini Rotarix e Rotateq hanno fornito evidenze di efficacia nei confronti della Tab. II. Efficacia (% e intervalli di confidenza) dei vaccini rotavirus in relazione a vari endpoint. Vaccino Studio Efficacia verso le GE severe Efficacia verso tutte le GE da rotavirus Riduzione ospedalizzazioni Rotarix Ruiz-Palacios et al. 9 84.7 (71,7-92,4) n.d. 85 (*) (69,6-93,5) n.d. n.d. Rotarix Vesikari et al. 11 96 (90-99) 87 (80-92) 100 (82-100) n.d. n.d. Rotateq Vesikari et al. 10 98 (88,3-100) 74 (66,8-79,9) 95,8 (90,5-98,2) 93,7 (88,8-96,5) 86 (73,9-92,5) (*) ospedalizzazioni da gastroenterite severa Rivista di Immunologia e Allergologia Pediatrica 48 Riduzione Riduzione visite visite DEA ambulatoriali Le Emergenze ti condotti in contesti diversi, ossia prevalentemente in Paesi sviluppati lo studio su Rotateq, e prevalentemente in Paesi in via di sviluppo (oltre alla Finlandia) quello su Rotarix. In ogni caso, dai tre studi emerge un’efficacia elevata per entrambi i prodotti. Relativamente all’efficacia misurata sui singoli sierotipi, alcune differenze sono emerse in entrambi i vaccini (Tabb. III e IV). Per esempio, tutti e due conferiscono protezione verso G9, probabilmente perché G9 contiene anche il sierotipo P1a[8] 12. D’altra parte, nei confronti delle gastroenterite severa da G2P[4], Rotarix sembrerebbe meno efficace nello studio condotto in America Latina rispetto allo studio europeo; tuttavia, dato l’esiguo numero dei casi osservati relativi a tale sierotipo, il dato non appare statisticamente significativo. Un analogo problema di significatività statistica legato all’esiguità dei casi osservati riguarda le stime di efficacia di Rotateq verso le gastroenteriti di qualsiasi gravità dovute a G3, G4 e G9 (Tab. IV). polazione e, infine, nella valutazione dei risultati dell’intervento. La cosa peggiore che potremmo fare è iniziare la vaccinazione dei nuovi nati senza essere in grado di valutarne i risultati. Come effettuare la sorveglianza? Una possibile risorsa sono le Schede di Dimissione Ospedaliera (SDO). Uno studio recentemente condotto in Italia proprio sulle SDO, ha evidenziato la presenza del codice ICD 00861, specifico delle infezioni da rotavirus, nell’84% dei ricoveri per enterite virale nel periodo 2001-2003 13. Questo tipo di sorveglianza è utile per stimare le dimensioni del fenomeno, ma non ci fornisce informazioni sui sierotipi responsabili delle gastroenteriti osservate. Inoltre è noto che l’analisi delle SDO presenta numerosi limiti, soprattutto in rapporto alla completezza dei dati, e risente fortemente della diversa attitudine degli operatori alla ricerca dell’agente etiologico, che non sempre viene effettuata. Un altro metodo è quello della sorveglianza attiva tramite i laboratori di Microbiologia: poiché la sierotipizzazione non è possibile in tutti i laboratori ospedalieri, deve essere previsto un centro di riferimento per la sua effettuazione. Questa modalità presenta alcune analogie con la sorveglianza attiva dello pneumococco tramite i laboratori. Essa può essere estesa a tutti i laboratori ospedalieri oppure limitata ad una rete di laboratori sentinella. I dati così ottenuti sono piuttosto precisi relativamente ai sierotipi, tuttavia è possibile una sottostima del fenomeno, poiché il test per l’identificazione del virus non viene effettuato sempre in tutti i casi di gastroenterite; di conseguenza, la popolazione sottoposta al test può non essere rappresentativa di quella generale: potrebbe accadere che siano sottoposti al test prevalentemente i bambini con gastroenterite severa o con quadri clinici inusuali. Sorvegliare i sierotipi La pressione selettiva determinata da un vaccino nei confronti di un microrganismo presente in natura sotto forma di sierotipi differenti può, in determinate circostanze, far emergere sierotipi inusuali, scarsamente rappresentati in epoca pre-vaccinale. Questo fenomeno è stato osservato nello Streptococcus pneumoniae, e non possiamo escludere che si manifesti anche per quanto riguarda il rotavirus. Ne deriva la necessità di sorvegliare i sierotipi, in base al principio secondo il quale un programma vaccinale non consiste soltanto nella somministrazione del vaccino, ma anche nella sorveglianza della malattia nella po- Tab. III. Efficacia (% e intervalli di confidenza) di Rotarix nei confronti di alcuni sierotipi di rotavirus (gastroenteriti severe). Vaccino Rotarix Studio G1P[8] Ruiz-Palacios et al. 9 90,8 (70,5-98,2) Vesikari et al. 11 96 (86-100) G3P[8] G4P[8] G9P[8] 86,9 (62,8-96,6) 100 (45-100) 100 (65-100) G2P[4] 45.4 (-81,5-85,6) 95 (78-99) 75 (-386-100) Tab. IV. Efficacia (% e intervalli di confidenza) di Rotateq verso alcuni sierotipi di rotavirus (gastroenterite di qualsiasi severità). Vaccino Studio G1 G2 G3 G4 G9 Rotateq Vesikari et al. 10 74,9 (67,3-80,9) 63,4 (2,6-88,2) 82,7 (< 0-99,6) 48,1 (< 0-91,6) 65,4 (< 0-99,3) Rivista di Immunologia e Allergologia Pediatrica 49 Le Emergenze Firenze, Panorama - Paolo Parigi La sorveglianza attiva tramite i laboratori teoricamente rappresenta il metodo migliore per valutare l’impatto della vaccinazione, ma è molto impegnativa e costosa: nel nostro Paese non siamo ancora riusciti a costruire un sistema di sorveglianza attiva delle infezioni da pneumococco, è credibile che si riesca ad organizzare in tempi brevi la sorveglianza attiva del rotavirus? genti. Sebbene entrambi i vaccini si siano dimostrati protettivi verso i vari sierotipi circolanti nelle popolazioni oggetto di studio clinico, non sappiamo quale potrà essere il risultato nelle popolazioni in cui sono già emersi sierotipi insoliti, né possiamo prevedere se la pressione selettiva legata alla vaccinazione universale possa essere in grado di far emergere sierotipi verso i quali i vaccini sono meno efficaci. Un discorso a parte meritano i Paesi in via di sviluppo. La somministrazione per via orale rappresenta un fattore in grado di favorire la vaccinazione universale nei Paesi poveri, proprio grazie alla semplicità di somministrazione. Nello stesso tempo si tratta di vaccini che per funzionare hanno bisogno di replicarsi nell’intestino. È ben noto che nei Paesi in via di sviluppo una serie di fattori legati all’ospite è in grado di compromettere l’immunizzazione con vaccini vivi per via orale: la presenza di infezioni batteriche o virali che possono interferire con l’attecchimento dei virus vaccinali (altre infezioni enteriche, HIV, TB, malaria), la malnutrizione, la presenza di anticorpi materni e infine la presenza di una enteropatia ambientale. Con tale termine si definisce una condizione, caratterizzata da atrofia dei villi e malassorbimento, dovuta a vari fattori ambientali tipici dei Paesi poveri 16. Vari studi sottolineano la ridotta immunogenicità dei vaccini vivi somministrati per via orale in Paesi in via di sviluppo, documentata ad esempio per il vaccino antipolio orale 17 e per un vaccino anticolerico 18. Le sfide per i nuovi vaccini antirotavirus I dati pubblicati sui due vaccini antirotavirus ci informano che si tratta di vaccini efficaci e sicuri. Come sempre, si tratta ora di passare dalle condizioni peculiari dello studio clinico, indispensabili per valutare l’efficacia e la sicurezza, alle situazioni di campo, in altre parole si tratta di valutare l’efficacia di un programma di vaccinazione 14. A livello globale, si tratterà di osservare gli effetti di questi nuovi vaccini nel ridurre le morti e le ospedalizzazioni nei Paesi in via di sviluppo (ammesso che siano eliminati gli ostacoli, soprattutto economici, alla loro introduzione nei Paesi poveri), e le visite ambulatoriali, i ricoveri e i relativi costi (compresi quelli legati alle giornate di lavoro perse dai genitori per l’assistenza al bambino) nei Paesi sviluppati 15. Un’altra sfida fondamentale riguarda i sierotipi emer- Rivista di Immunologia e Allergologia Pediatrica 50 Le Emergenze Bibliografia 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Firenze, Palazzo Vecchio - Paolo Parigi 16 17 Infine, dobbiamo ricordare i fattori economici: stiamo parlando di vaccini che costano molto, e non sappiamo in che modo la porzione di umanità che ricaverebbe il maggior beneficio dalla vaccinazione universale potrà fruire di tale importante strumento di prevenzione. 18 Parashar UD, Bresee JS, Gentsch JR, Glass RI. Rotavirus. Emerg Infect Dis 1998;4:561-70. Hoshino Y, Kapikian AZ. Rotavirus serotypes: classification and importance in epidemiology, immunity, and vaccine development. J Health Popul Nutr 2000;18:5-14. Gentsch JR, Laird AR, Bielfelt B, Griffin DD, Banyai K, Ramachandran M, et al. Serotype diversity and reassortment between human and animal rotavirus strains: implications for rotavirus vaccine programs. J Infect Dis 2005;192(Suppl 1):S146-59. 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