Em um novo estudo, publicado hoje na Nature Communications , uma equipe multicêntrica liderada pelo Wellcome Sanger Institute, a Universidade de Oslo, o Imperial College London e a UCL, mapeou pela primeira vez a linha do tempo evolutiva e a distribuição populacional do protetor de Escherichia coli. cápsula externa, responsável pela virulência da bactéria. O estudo também mostra como atingir a camada protetora da bactéria pode ajudar a tratar infecções extraintestinais.

Este novo trabalho enfocou um subconjunto particular de E. coli com uma cápsula específica – a barreira extracelular que envolve uma bactéria – que os cientistas chamaram de K1. Sabe-se que a E. coli com este tipo de cápsula causa doenças invasivas, como infecções na corrente sanguínea ou nos rins, e meningite em recém-nascidos. Isso porque essa capa específica permite que eles imitem moléculas já presentes nos tecidos humanos e entrem no corpo sem serem notados.

Os pesquisadores apresentam evidências de que o direcionamento da cápsula pode ser usado como base do tratamento, abrindo caminho para prevenir infecções graves por E. coli.

E. coli é uma causa comum de infecções do trato urinário e da corrente sanguínea e pode causar meningite em recém-nascidos prematuros e de termo, com uma taxa de mortalidade de até 40%. Além disso, o aumento da E. coli hipervirulenta e multirresistente durante a última década significa que o desenvolvimento de estratégias eficazes para prevenir e tratar a E. coli tornou-se urgente.

Compreender a anatomia da bactéria e como isso desempenha um papel na causa da doença é fundamental para a prevenção de infecções graves. Os cientistas até agora careciam de conhecimentos básicos sobre a prevalência, evolução e propriedades funcionais da cápsula K1, limitando sua capacidade de combater infecções por E. coli.

Pesquisadores do Wellcome Sanger Institute, da Universidade de Oslo, do Imperial College London e da UCL já mapearam a evolução dessa cepa de E. coli, sua prevalência e distribuição. Usando genômica populacional de alta resolução, sequenciamento completo do genoma e ferramentas computacionais avançadas, eles analisaram 5.065 amostras clínicas de diferentes países e períodos de tempo. Os dados incluíram grandes coleções de amostras do Reino Unido e da Noruega, amostras recém-geradas de adultos e neonatais de seis países, como Brasil, México e Laos, entre outros, e amostras da era pré-antibiótica – de 1932 em diante.

Eles descobriram que essa cápsula especificamente virulenta – K1 – na verdade é mais antiga, aproximadamente 500 anos antes do que se imaginava. Isso destaca a importância da cápsula para a sobrevivência da bactéria e o papel da barreira extracelular no sucesso da E. coli como principal causa de infecções extraintestinais.

O Dr. Sergio Arredondo-Alonso, principal autor do estudo da Universidade de Oslo e do Wellcome Sanger Institute, disse: "Foi emocionante descobrir a possibilidade de reconstruir a história evolutiva da cápsula K1 ao longo do último meio milênio e veja como os genes da cápsula foram adquiridos repetidas vezes por muitas linhagens diferentes dessa espécie de patógeno ao longo dos séculos. Como nem a prevalência nem a história do K1 eram conhecidas, parecia que entramos em um território verdadeiramente desconhecido e avançamos significativamente na compreensão disso principais espécies de patógenos."

O estudo também mostra que 25% de todas as cepas atuais de E. coli responsáveis ??por infecções sanguíneas contêm a informação genética necessária para desenvolver a cápsula K1. A obtenção de uma história evolutiva completa dessa cepa agora permitirá que os pesquisadores entendam como as bactérias obtêm o material genético responsável pela virulência severa em primeiro lugar e analisem maneiras de combatê-las.

Usando enzimas de bacteriófagos, que são vírus que infectam e matam bactérias, os pesquisadores conseguiram remover a barreira extracelular da bactéria e torná-la vulnerável ao sistema imunológico humano. Os pesquisadores demonstraram em estudos in vitro usando soro humano – uma parte líquida do sangue que é comumente usada em estudos de laboratório – que direcionar esta cápsula pode ser uma maneira de tratar amplamente a infecção por E. coli sem o uso de antibióticos, consistente com experimentos anteriores infecções em animais.

O Dr. Alex McCarthy, autor sênior do estudo do Imperial College London, disse: "Demonstramos especificamente os avanços possíveis pela combinação de microbiologia experimental com genômica populacional e ferramentas de modelagem evolutiva, para abrir uma janela para traduzir as descobertas em práticas clínicas futuras. . Mostramos que o direcionamento terapêutico da cápsula K1 torna esses patógenos mais vulneráveis ??ao nosso sistema imunológico e oferece a possibilidade de prevenir infecções graves. Por exemplo, pode ajudar a tratar bebês recém-nascidos com meningite causada por K1 E. coli, que é uma condição rara, mas perigosa, associada a alta mortalidade e sérios efeitos adversos à saúde a longo prazo”.

O professor Jukka Corander, co-autor sênior do estudo do Instituto Wellcome Sanger e da Universidade de Oslo, disse: "Nossa pesquisa mostra a importância de pesquisas genômicas representativas de patógenos ao longo do tempo e do espaço. Esses estudos nos permitirão reconstruir o história evolutiva de linhagens bacterianas bem-sucedidas e identificar mudanças em sua composição genética que podem levar à sua capacidade de se espalhar e causar doenças. Tal conhecimento está, em última análise, fornecendo a base para projetar futuras intervenções e terapias contra esses patógenos”.