Novo modelo para sepse de início tardio explora tratamentos potenciais para infecção neonatal

Bebês extremamente prematuros correm o risco de infecções com risco de vida que se propagam para o corpo a partir do intestino. As infecções após os primeiros três dias de vida são chamadas de sepse de início tardio, ou LOS.

Pesquisadores da Universidade do Alabama em Birmingham agora relatam um novo modelo para LOS em um artigo na Nature Medicin e, e eles mostram que interromper a maturação normal de micróbios no intestino pode tornar os filhotes de camundongos recém-nascidos altamente suscetíveis a LOS.

Além disso, eles descobriram que poderiam prevenir a infecção mortal dando aos filhotes bactérias protetoras específicas antes de um desafio com a bactéria invasiva Klebsiella pneumoniae.

Nossos resultados oferecem a possibilidade de desenho racional e teste de terapias probióticas eficazes para proteger bebês prematuros em risco. Esses estudos fundamentam a pesquisa clínica, sugerindo que o crescimento excessivo de uma única espécie bacteriana, chamada disbiose neonatal, frequentemente precede o desenvolvimento de LOS.

Nosso modelo deve ajudar a definir os mecanismos pelos quais as espécies pioneiras do microbioma em desenvolvimento de neonatos previnem -; ou deixar de prevenir -; disbiose que predispõe a LOS. "

Jeffrey Singer, Ph.D., e Casey Weaver, M.D, autores correspondentes

Seu modelo é auxiliado pelo fato de que o intestino do filhote recém-nascido ainda está se desenvolvendo após o nascimento, semelhante ao intestino ainda em desenvolvimento de bebês extremamente prematuros.

Na UAB, Singer é aluno do M.D./Ph.D. Programa de Treinamento de Cientista Médico, e Weaver é o Professor Wyatt e Susan Haskell de Excelência Médica em Patologia.

Bioluminescência

Os pesquisadores da UAB colocaram uma cepa virulenta de K. pneumoniae, Kp-43816, no estômago dos filhotes.

A bactéria carregava um marcador bioluminescente que permitiu aos pesquisadores usar um sistema de imagem para ver onde no trato intestinal as bactérias estavam crescendo em animais vivos, e, em seguida, medir a propagação invasiva dos micróbios para fora do intestino e para o resto do corpo. Bactérias bioluminescentes em animais vivos podem ser vistas através de quase uma polegada de tecido.

Usando uma dose que causou 50 por cento de mortalidade em 10 dias, os pesquisadores viram que a translocação para fora do intestino ocorreu onde a colonização de Klebsiella era mais densa no intestino. Contudo, nem todos os filhotes com disbiose desenvolveram sepse, assim como nem todos os bebês humanos prematuros com disbiose desenvolvem LOS.

Quando a equipe UAB colocou a mesma dose de uma cepa avirulenta de K. pneumoniae, Kp-39, no estômago, seguiu-se um resultado intrigante. Kp-39 não causou mortalidade nos filhotes, ainda assim, também se translocou do intestino para o abdômen, e como Kp-43816, também infectou o fígado e o mesentério. A infecção pelo Kp-39 foi eliminada nos nove dias seguintes.

Isso sugeriu que ambas as cepas de K. pneumoniae eram capazes de se espalhar para fora do intestino, mas as diferenças na eliminação do hospedeiro pelo sistema de defesa imune após a translocação contribuíram para a virulência diferencial dessas cepas relacionadas.

De fato, quando qualquer uma das cepas foi injetada diretamente no peritônio -; contornando a necessidade de translocação do intestino -; Kp-43816 causou 100 por cento de mortalidade em um dia, mas o Kp-39 não causou mortalidade em filhotes e foi eliminado em uma semana.

Os pesquisadores descobriram diferenças na cápsula em torno da bactéria que permitiu ao Kp-43816 resistir à fagocitose de eliminação de infecções pelas células do sistema imunológico com mais força do que o Kp-39.

"Notavelmente, Portanto, enquanto a infecção Kp-43816 modela LOS, "Singer e Weaver disseram, "Kp-39 permite o rastreamento da disbiose sem os efeitos de confusão da sepse e da mortalidade."

Os pesquisadores descobriram então que alterar o microbioma dos filhotes mudou a suscetibilidade à disbiose e LOS.

O microbioma intestinal normal é conhecido por ter um papel crítico na restrição da colonização e disseminação de um patógeno. Filhotes sem microbioma, criado em condições livres de germes, foram uniformemente suscetíveis a Kp-43816 LOS.

Para olhar mais longe, pesquisadores trataram mães com dois antibióticos começando um dia antes do parto e vários dias depois, antes de infectar com Klebsiella.

Ambos os antibióticos são mal absorvidos e improváveis ​​de serem transmitidos aos filhotes; mas eles alterariam os microbiomas intestinais da mãe de maneiras diferentes, o que, por sua vez, deve alterar o microbioma que os filhotes adquirem após o nascimento das mães.

A equipe da UAB descobriu que filhotes de mães que receberam gentamicina eram muito mais suscetíveis à sepse, enquanto os filhotes de mães que receberam vancomicina eram menos suscetíveis à sepse, em comparação com os controles.

Quando o experimento com antibiótico foi repetido usando o avirulento Kp-39, não houve mortalidade. Contudo, filhotes cujas mães receberam vancomicina tinham menos Kp-39, ou menos disbiose, em comparação com os controles; filhotes cujas mães receberam gentamicina mostraram mais Kp-39, ou mais disbiose, em comparação com os controles.

Bactérias Protetoras

A diferença?

Os pesquisadores descobriram que os filhotes das mães da vancomicina tinham maior abundância de bactérias Lactobacillus em seu microbioma intestinal, e os filhotes de mães com gentamicina tinham menor quantidade de Lactobacillus.

Assim, presença ou ausência de lactobacilos parecia estar correlacionada com resistência ou suscetibilidade, respectivamente, para disbiose neonatal e LOS.

A análise de DNA mostrou que os filhotes de vancomicina foram dominados pela espécie Lactobacillus murinus, enquanto os filhotes de gentamicina eram amplamente desprovidos de L. murinus.

Eles também descobriram que L. murinus era sensível à gentamicina e resistente à vancomicina, sugerindo que o tratamento com gentamicina matou esta espécie protetora em represas, evitando assim sua passagem para os filhotes por transmissão vertical.

Quando a espécie L. murinus foi administrada profilaticamente a filhotes de gentamicina antes de um desafio de Klebsiella, reduziu drasticamente o crescimento excessivo do Kp-39 em comparação com os controles.

Por meio de uma série diferente de experimentos, os pesquisadores descobriram que uma cepa de E. coli probiótica também foi capaz de conferir proteção em filhotes de gentamicina. Esta proteção não foi observada para várias outras espécies probióticas de Lactobacillus comumente utilizadas.

Os pesquisadores também descobriram que filhotes mais jovens, como bebês extremamente prematuros, têm microbiomas dominados por bactérias chamadas anaeróbios facultativos que podem crescer na presença ou na ausência de oxigênio.

À medida que os filhotes crescem, seus microbiomas tornam-se mais parecidos com bebês nascidos a termo porque são dominados por bactérias chamadas anaeróbios obrigatórios, que crescem bem na ausência de oxigênio, mas morrem se houver oxigênio. Os filhotes mais velhos, com um microbioma maduro dominado por anaeróbios obrigatórios, eram resistentes à disbiose neonatal.

Parecia que a presença de oxigênio nos lúmens intestinais de filhotes neonatos impedia a colonização por anaeróbios obrigatórios. Os pesquisadores da UAB levantaram a hipótese de que isso pode explicar por que a disbiose é mais prevalente em bebês de muito baixo peso ao nascer.

"Nossos resultados estabelecem que os constituintes normais do microbioma são necessários e suficientes para tamponar a expansão do patobionte no intestino neonatal para prevenir LOS, "Singer e Weaver disseram." Eles fornecem ainda uma base para entender por que alguns probióticos são protetores, enquanto outros não. Isso pode ter implicações importantes para a prática clínica, onde o uso de antibióticos materno e neonatal pode alterar o microbioma neonatal, e onde bebês de muito baixo peso ao nascer recebem probióticos sem evidências claras quanto às espécies probióticas preferidas. "

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