Pela primeira vez, uma equipe de pesquisadores do Instituto Wellcome Sanger, da Universidade de Oslo, da Universidade de Helsinque, da Universidade Aalto na Finlândia e seus colaboradores conseguiram estimar com que eficiência uma pessoa pode transmitir bactérias do intestino a outras pessoas. Esse tipo de cálculo, que avalia as taxas de transmissão, era até então possível principalmente para vírus.

Monitorando Linhagens Perigosas em Populações

O estudo, publicado hoje (4 de novembro) na revista Nature Communications, analisou três linhagens principais de E. coli que circulam no Reino Unido e na Noruega. Duas dessas linhagens são resistentes a várias classes de antibióticos comuns e são as causas mais frequentes de infecções do trato urinário e sanguíneas em ambos os países. Os pesquisadores sugerem que um monitoramento mais efetivo dessas linhagens poderia orientar respostas de saúde pública e auxiliar na prevenção de surtos de infecções difíceis de tratar.

A longo prazo, compreender os fatores genéticos que facilitam a disseminação de E. coli pode resultar em terapias mais direcionadas e reduzir a dependência de antibióticos de amplo espectro. A abordagem desenvolvida neste estudo também pode ser adaptada para investigar outros patógenos bacterianos e aprimorar estratégias para gerenciar infecções invasivas.

E. coli é uma das principais causas de infecções globalmente.¹ Embora a maioria das linhagens seja inofensiva e usualmente habite o intestino, a bactéria pode entrar no corpo por meio de contato direto, como beijos, ou indiretamente por superfícies compartilhadas, alimentos ou ambientes de convivência. Quando E. coli se desloca para áreas como o trato urinário, pode causar doenças graves, incluindo sepse, especialmente em pessoas com o sistema imunológico enfraquecido.

A resistência aos antibióticos tornou essas infecções ainda mais preocupantes. No Reino Unido, mais de 40% das infecções sanguíneas por E. coli são agora resistentes a um antibiótico importante,² refletindo uma tendência global de aumento dos níveis de resistência.

Aplicando Métricas de Transmissão Viral a Bactérias

Cientistas costumam descrever a infectividade de um patógeno usando o número básico de reprodução, conhecido como R0. Este número estima quantos novos casos uma única pessoa infectada pode causar. Geralmente, é aplicado a vírus e ajuda a prever se um surto irá se expandir ou diminuir. Até agora, os pesquisadores não conseguiram atribuir um valor de R0 a bactérias que normalmente colonizam o intestino, uma vez que elas frequentemente habitam o corpo sem causar doenças.

Para resolver isso, a equipe combinou dados do Estudo do Microbioma de Bebês do Reino Unido com informações genômicas de programas de vigilância de infecções sanguíneas por E. coli no Reino Unido e na Noruega, previamente coletadas pelo Instituto Wellcome Sanger.

Utilizando uma plataforma de software chamada ELFI³ (Engine for Likelihood-Free Inference), os pesquisadores criaram um novo modelo capaz de estimar o R0 para as três principais linhagens de E. coli estudadas.

Os resultados mostraram que uma linhagem em particular, conhecida como ST131-A, pode se espalhar entre as pessoas tão rapidamente quanto alguns vírus que causaram surtos globais, como a gripe suína (H1N1). Isso é particularmente notável porque E. coli não se dissemina por gotículas aéreas, ao contrário dos vírus da gripe.

As outras duas linhagens estudadas, ST131-C1 e ST131-C2, são resistentes a múltiplas classes de antibióticos, mas se espalham muito mais lentamente entre indivíduos saudáveis. No entanto, em hospitais e outros ambientes de saúde, onde os pacientes são mais vulneráveis e o contato é frequente, essas linhagens resistentes podem se mover por populações com maior rapidez.

Compreendendo o R0 para Bactérias

Atribuir um valor de R0 a bactérias abre caminho para uma compreensão mais clara de como as infecções bacterianas se disseminam. Isso também ajuda a identificar quais linhagens representam a maior ameaça e pode informar estratégias de saúde pública para proteger melhor pessoas com sistemas imunológicos comprometidos.

Fanni Ojala, M.Sc., co-primeira autora da Universidade Aalto na Finlândia, explicou: “Com uma grande quantidade de dados coletados de forma sistemática, foi possível construir um modelo de simulação para prever o R0 de E. coli. Até onde sabemos, isso não só é um primeiro para E. coli, mas também um primeiro para qualquer bactéria que habita nosso microbioma intestinal. Agora que temos esse modelo, será possível aplicá-lo a outras linhagens bacterianas no futuro, permitindo-nos entender, rastrear e, com sorte, prevenir a disseminação de infecções resistentes a antibióticos.”

Dr. Trevor Lawley, líder de grupo no Instituto Wellcome Sanger e co-líder do Estudo do Microbioma de Bebês do Reino Unido, que não participou desta pesquisa, observou: “E. coli é uma das primeiras bactérias que podem ser encontradas no intestino de um bebê, e para compreendermos como nossas bactérias moldam nossa saúde, precisamos saber de onde começamos — por isso o estudo do microbioma de bebês do Reino Unido é tão importante. É ótimo ver que os dados do nosso estudo estão sendo utilizados por outros para descobrir novos insights e métodos que, esperamos, beneficiarão a todos.”

Uma Nova Perspectiva Sobre Genética Bacteriana

O professor Jukka Corander, autor sênior no Instituto Wellcome Sanger e na Universidade de Oslo, acrescentou: “Ter o R0 para E. coli nos permite visualizar a disseminação de bactérias na população de forma muito mais clara e compará-la a outras infecções. Agora que podemos ver como rapidamente algumas dessas linhagens bacterianas se espalham, é necessário entender seus fatores genéticos. Compreender a genética de linhagens específicas poderia levar a novas maneiras de diagnosticar e tratar essas em ambientes de saúde, o que é especialmente importante para bactérias que já são resistentes a múltiplos tipos de antibióticos.”

O sucesso deste estudo dependeu de extensos dados genômicos do Reino Unido e da Noruega, todos sequenciados no Instituto Wellcome Sanger. Esses dados em grande escala possibilitaram a identificação de padrões de transmissão em detalhe. As bases de dados originaram-se de estudos anteriores publicados na The Lancet Microbe,^4,5 que estabeleceram a base para o avanço na modelagem alcançado nesta nova pesquisa.

Notas

1. Colaboradores em Resistência Antimicrobiana. (2022) ‘Carga global de resistência antimicrobiana bacteriana em 2019: uma análise sistemática.’ The Lancet. DOI: 1016/S0140-6736(21)02724-0
2. Agência de Segurança da Saúde do Reino Unido. Novos dados mostram 148 infecções resistentes a antibióticos graves por dia em 2021. Disponível em: https://www.gov.uk/government/news/new-data-shows-148-severe-antibiotic-resistant-infections-a-day-in-2021#:~:text=Over%20two-fifths%20of%20E,as%20cefiderocol%20to%20identify%20resistance
3. O ELFI pode ser encontrado em: https://www.elfi.ai/
4. R. A. Gladstone, et al. (2021) ‘ Emergência e disseminação de resistência antimicrobiana em Escherichia coli causando infecções sanguíneas na Noruega entre 2002-17: um estudo nacional, longitudinal e genômico da população microbiana’ Lancet Microbe. DOI: 10.1016/S2666-5247(21)00031-8.
5. A. K. Pontinen, et al. (2024) ‘Modulação do sucesso de clones multiresistentes em populações de Escherichia coli: um estudo longitudinal, multicontinental, genômico e sobre o uso de antibióticos’ Lancet Microbe. DOI: 10.1016/S2666-5247(23)00292-6.