Il modello matematico rivela il rischio di infezione da SARS-CoV-2 dopo il trapianto di microbiota fecale

Nel loro nuovo giornale disponibile sul bioRxiv* server di prestampa, I ricercatori statunitensi dell'organizzazione no profit OpenBiome hanno utilizzato un modello matematico per simulare l'utilità di diverse strategie di test per campioni fecali e hanno dimostrato che la probabilità di rilasciare una donazione di microbiota fecale con la sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) è bassa quando si prendono in considerazione diverse variabili importanti.

Nuovo Coronavirus SARS-CoV-2 Micrografia elettronica a scansione colorata di una cellula apoptotica (verde) fortemente infettata da particelle di virus SARS-COV-2 (arancione), isolato da un campione di paziente. Immagine al NIAID Integrated Research Facility (IRF) a Fort Detrick, Maryland. Attestazione:NIAID

SARS-CoV-2, un agente eziologico della pandemia di malattia dirompente del coronavirus (COVID-19), è visto principalmente come un patogeno respiratorio; però, le prove suggeriscono che il virus può replicarsi indipendentemente nell'intestino, aumentando la probabilità di trasmissione oro-fecale.

Questo potrebbe davvero essere un problema importante con il trapianto di microbiota fecale, che è il processo di trasferimento delle feci da un donatore sano nell'intestino di un paziente al fine di ripristinare il microbioma intestinale. Attualmente, questo approccio è raccomandato per le frequenti infezioni nosocomiali con Clostridioides difficile ed è attualmente esplorato come approccio sperimentale per molte altre condizioni.

Però, nonostante il consenso sul fatto che i donatori di microbiota fetale dovrebbero essere sottoposti a screening per SARS-CoV-2, la strategia ottimale per rilevare il trasporto asintomatico tra i donatori è ancora sfuggente, mentre la combinazione dei test non è stata ancora valutata o confrontata.

Quindi, i ricercatori di OpenBiome (cioè, un'organizzazione senza scopo di lucro nel Massachusetts, che gestisce una banca di feci pubblica e supporta la ricerca sviluppata sul microbioma umano) ha sviluppato un modello matematico dell'infezione da SARS-CoV-2 tra i donatori di trapianto fecale che simula l'effetto di diverse strategie di test.

Quantificare l'effetto dei test sulla riduzione della trasmissione di SARS-CoV-2

In breve, questi scienziati hanno costruito un modello astratto di donatori di trapianto di microbiota fecale, simulando il loro programma di donazioni, l'incidenza dell'infezione da SARS-CoV-2, così come il decorso della malattia COVID-19.

Varie strategie di screening sono state sovrapposte a queste simulazioni, tenendo conto della sensibilità e della specificità subottimali di ciascun test, al fine di stimare quante donazioni virus-negative e virus-positive verrebbero rilasciate in modo appropriato o indesiderabile, rispettivamente.

Di conseguenza, il modello ideato presentava due risultati:il numero di "true negative, "Donazioni virus-negative rilasciate, e il numero di "falsi negativi, "Liberate le donazioni positive al virus.

Di conseguenza, un approccio di screening auspicabile rilascerebbe molte donazioni negative al virus e solo una manciata o nessuna donazione positiva al virus; d'altra parte, una strategia scadente distruggerebbe inutilmente una vasta gamma di donazioni negative per virus o rilascerebbe una pletora di donazioni positive per virus.

"Il modello quantifica l'effetto di test più rigorosi sull'auspicabile riduzione dei rischi potenzialmente infettivi, donazioni virus-positive trasformate in materiale per il trapianto di microbiota fecale e rilasciate per l'uso, così come l'indesiderabile riduzione delle donazioni virus-negative rilasciate", gli autori dello studio riassumono il loro approccio metodologico.

Numero di donazioni virus-negative e -positive rilasciate (colonne, asse x) attraverso simulazioni (asse y) per diverse incidenze giornaliere (righe, infezioni per persona al giorno) quando si utilizzano diverse strategie di test (colori). I tamponi sono sempre a intervalli di 14 giorni e la sierologia è sempre a intervalli di 60 giorni. I test delle feci vengono eseguiti a intervalli di 14 giorni, intervalli di 28 giorni, o per ogni donazione.

Parametri chiave:intervallo di donazione, specifiche del test e incidenza virale

Il numero di donazioni virus-positive e virus-negative rilasciate differiva rispetto alle simulazioni ed era subordinato alla strategia di test e all'incidenza dell'infezione. In breve, le strategie più sensibili erano anche quelle meno specifiche.

"Generalmente, le strategie più sensibili hanno rilasciato un minor numero di donazioni positive al virus, ma hanno anche rimosso anticipatamente i donatori a causa di falsi positivi e quindi hanno rilasciato meno donazioni negative al virus per donatore, " hanno ulteriormente chiarito gli autori dello studio.

Inoltre, la differenza di rischio del materiale virus-positivo rilasciato quando sono state confrontate le strategie più e meno rigorose era equivalente all'effetto di un cambiamento di 100 volte nell'incidenza giornaliera di SARS-CoV-2.

Quando è stata condotta l'analisi di sensitività, i parametri che erano fortemente associati ai due risultati sopra menzionati erano l'intervallo di donazione (cioè, un intervallo più lungo ha prodotto meno donazioni virus-negative), le caratteristiche delle tre prove (cioè, più donazioni virus-negative rilasciate con l'utilizzo di test specifici), e incidenza di SARS-CoV-2 (cioè, maggiore incidenza correlata a più donazioni positive al virus rilasciate).

Accertamento del valore del modello

La forza di questa analisi risiede nella sua trattazione quantitativa di una questione clinica scottante. Ancora, tutte le previsioni quantitative fatte dal modello dovrebbero essere viste come linee guida per il ragionamento clinico piuttosto che previsioni chiare e univoche.

Per di più, verificare questo modello può rivelarsi piuttosto impegnativo, poiché la possibilità di trasmissione fecale-orale di SARS-CoV-2 non è stata confermata, e non esiste un "gold standard" per rilevare questo agente virale nei campioni di feci. Anche, molte assunzioni del modello potrebbero non essere più applicabili.

"Sebbene questi risultati siano incoraggianti, avvertiamo ancora una volta che dipendono da una serie di ipotesi sulla qualità dei test e sull'epidemiologia di SARS-CoV-2 che verranno perfezionate nei prossimi mesi", dicono gli autori dello studio.

Tuttavia, il metodo è davvero prezioso per valutare i rischi di trasmissione in questa pandemia in corso. Oltretutto, questo approccio può essere utilizzato come modello per valutare strategie di test per altri microrganismi patogeni o terapie derivate dall'uomo oltre al trapianto di microbiota fecale.

*Avviso IMPORTANTE

bioRxiv pubblica rapporti scientifici preliminari non sottoposti a revisione paritaria e, perciò, non deve essere considerato conclusivo, guidare la pratica clinica/comportamento relativo alla salute, o trattati come informazioni stabilite.

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