Estudo genético mapeia a armadura protetora das bactérias por trás de infecções graves

O primeiro estudo genético em larga escala de E. coli A armadura protetora identificou os cinco tipos de cápsulas que são responsáveis ​​por 70% de todas as infecções da corrente sanguínea multirresistentes na Europa.

Pesquisadores, incluindo os do Instituto Wellcome Sanger, da Universidade de Oslo e seus colaboradores, analisaram mais de 18.000 genomas bacterianos de amostras de todos os continentes para investigar E. coli armadura e encontrar novas maneiras de penetrá-la.

O estudo, publicado hoje (25 de março) em Microbiologia da Naturezadescobriram 90 tipos diferentes de cápsulas protetoras, das quais apenas 34% haviam sido documentadas anteriormente. A equipe também identificou os tipos de cápsulas que permitem que a bactéria tenha o maior potencial invasivo, o que significa que ela pode passar de um residente inofensivo do intestino a um perigoso invasor da corrente sanguínea.

Ao fornecer um projeto da armadura que cada E. coli cepa, esta pesquisa pode ajudar no desenvolvimento de vacinas direcionadas e novos tratamentos que possam combater as cepas mais perigosas de E. coli ao mesmo tempo em que minimiza os danos às cepas benéficas de E. coli bactérias intestinais.

Escherichia coli (E. coli) é a principal causa de infecções da corrente sanguínea em todo o mundo¹. A maioria das cepas de E. coli são inofensivos e comumente encontrados no intestino, no entanto, se a bactéria entrar na corrente sanguínea ou no trato urinário, pode causar infecções que variam de leves a graves, especialmente em pessoas com sistema imunológico enfraquecido.

Como um desafio adicional para os prestadores de cuidados de saúde, resistência a antibióticos tornou-se uma característica frequente de tais infecções. Taxas de resistência a antibióticos em E. coli variam globalmente e, no Reino Unido, mais de 40 por cento dos E. coli infecções da corrente sanguínea são resistentes a um antibiótico importante².

Algumas bactérias, como E. colipossuem cápsulas protetoras que ajudam a proteger as bactérias do sistema imunológico e de certos tratamentos, influenciando a capacidade da bactéria de causar infecções. Cada cepa bacteriana possui uma composição de cápsula diferente, e as cápsulas possuem marcadores, chamados antígenos. Esses antígenos são frequentemente usados ​​como alvos para novas vacinas e tratamentos. No entanto, para que sejam desenvolvidas terapias eficazes, os investigadores precisam de saber qual a cápsula que normalmente causa a infecção.

Métodos tradicionais de mapeamento E. coli cápsulas são trabalhosas e incomuns. Para resolver isso, a equipe do Instituto Sanger e seus colaboradores analisaram geneticamente 18 mil E. coli amostras. Isso lhes permitiu criar o primeiro tipo de cápsula de mapeamento de banco de dados digital e E. coli variedade. Eles foram então capazes de determinar o quão comum cada tipo é usando amostras de quase 8.000 pessoas, desde recém-nascidos até pessoas com mais de 80 anos.

Eles descobriram que os tipos de cápsulas são muito mais diversos do que se pensava anteriormente, mapeando 90 tipos diferentes, incluindo 69 que não haviam sido documentados anteriormente. A equipa também observou que diferentes cápsulas eram comuns em locais com muitos recursos, como o Reino Unido, em comparação com regiões menos industrializadas, como o Malawi e o Paquistão.

Por exemplo, os investigadores descobriram que cinco tipos específicos de cápsulas (K1, K5, K52, K2 e K14) representam mais de 50% de todas as cápsulas. E. coli infecções da corrente sanguínea e infecções do trato urinário no Reino Unido, Noruega e França. Além disso, um conjunto ligeiramente diferente (K1, K5, K52, K2 e K100) é responsável por 70 por cento dos casos multirresistentes. E. coli infecções na Europa. Embora duas delas (K1 e K5) causem infecções a nível mundial, há mais diversidade nas estirpes que causam infecções graves em países de baixo e médio rendimento do que na Europa.

Devido a estas diferenças, os investigadores destacam a importância dos dados globais em pesquisas futuras, especialmente em torno do desenvolvimento de medicamentos e vacinas, uma vez que os tipos de cápsulas bacterianas visadas variam dependendo de onde o indivíduo vive.

A equipe também descobriu que E. coli tem a capacidade de trocar os genes que codificam a cápsula, compartilhando as informações para construir diferentes tipos de armadura entre eles.

Ao criar uma biblioteca digital a partir de mais de 18.000 genomas bacterianos, podemos ver a verdadeira complexidade de como E. coli se protege e como essa armadura é codificada nos genes. Esta investigação expandiu o nosso mapa científico de apenas um punhado de escudos bacterianos conhecidos para uma base de dados abrangente de 90 tipos únicos, incluindo quase dois terços que eram anteriormente desconhecidos. Em última análise, esta base de dados fornece o modelo que falta para identificar as estirpes com maior probabilidade de causar infecções graves e conceber vacinas e tratamentos específicos para as impedir.”

Dra. Rebecca Gladstone, primeira e autora correspondente, Universidade de Oslo

O professor Jukka Corander, autor sênior do Wellcome Sanger Institute e da Universidade de Oslo, disse: “Esta nova pesquisa nos permite identificar as cepas de E. coli que são as maiores ameaças à saúde humana. Com esta base de dados, podemos agora ver os tipos de cápsulas bacterianas predominantes em diferentes países, quer causem infecções graves, quer sejam resistentes aos tratamentos. O que a nossa investigação também mostra são as diferenças marcantes entre os grupos de cápsulas encontrados em diferentes regiões, destacando a necessidade de uma recolha de dados global sistemática e padronizada. Especialmente porque descobrimos que E. coli podem trocar os genes pelos seus escudos protetores entre diferentes linhagens genéticas. Compreender como estas bactérias, especialmente as mais resistentes aos medicamentos, trocam de revestimento, e ter os dados globais para rastrear isso, é crucial para estarmos um passo à frente delas na luta contra infecções graves da corrente sanguínea”.

Trevor Lawley, coautor do Wellcome Sanger Institute, disse: “Nossos microbiomas são compostos por milhares de bactérias e, embora a maioria delas seja benéfica, algumas cepas podem causar infecções se entrarem na corrente sanguínea, como E. coli. Estudos populacionais em grande escala, como o estudo Baby Biome, que fornecem uma visão de alta resolução do microbioma são essenciais para compreender o risco associado a certas estirpes bacterianas, as ferramentas genéticas que utilizam para causar infecções e a frequência com que são encontradas na população. Compreender e acompanhar o E. coli As cepas que são mais capazes de usar seu escudo protetor para entrar na corrente sanguínea e causar infecção permitem o desenvolvimento de futuros tratamentos direcionados, ao mesmo tempo que minimizam os efeitos nocivos no microbioma”.