Estado da arte
Bronquiectasias são uma condição inflamatória progressiva (muitas vezes sequelas de infecções respiratórias prévias e muito frequentes) caracterizadas por uma dilatação anormal das vias respiratórias e por vários sintomas, incluindo uma importante produção de muco e uma capacidade reduzida de eliminá-lo, tosse crónica e falta de ar.
Análises anteriores do microbioma bacteriano mostraram correlações clínicas entre a abundância de certos géneros bacterianos e a exacerbação da doença, caracterizada por intensa inflamação. No entanto, estudos longitudinais não mostraram mudanças significativas nas comunidades bacterianas associadas à exacerbação.
O que este estudo adiciona
Os pesquisadores usaram uma nova ferramenta, "Microbiomics integrative", para correlacionar dados de microbiomas bacterianos, virais e fúngicos das vias aéreas de pacientes com bronquiectasias para analisar a dinâmica in vivo entre as comunidades microbianas. Eles também incorporaram amostras longitudinais para estudar os padrões associados à exacerbação e resolução da doença. Ao contrário de estudos anteriores de microbioma bacteriano, os pacientes com taxas de exacerbação mais altas apresentaram abundância significativamente menor do género bacteriano Pseudomonas e interacções únicas com outros micróbios.
Conclusões
A ferramenta Integrative Microbiomics usa uma abordagem multi-bioma para oferecer uma descoberta de padrões mais robusta e uma visão mais abrangente do "interactoma", ou seja, as interacções entre bactérias, vírus e fungos que fazem parte da microbiota. Essa ferramenta pode delinear as características de diferentes subtipos de bronquiectasia e outras doenças respiratórias para criar modelos mais consistentes para prever o risco de exacerbação e a resposta ao tratamento.
Um estudo recente, publicado na Nature Medicine, revelou que são as interacções microbianas, não tanto a presença, ausência ou abundância relativa de certos géneros, que estão associadas à exacerbação da bronquiectasia, uma forma de doença pulmonar obstrutiva crónica (DPOC), devido a uma malformação crónica dos brônquios que perdem a sua característica anatómica de "tubos" com paredes paralelas, tornando-se progressivamente tortuosos, dilatados e exauridos em diversos pontos.
Causas e sintomas de bronquiectasia
Os sintomas de bronquiectasia são produção intensa de muco, tosse crónica, infecções frequentes do tracto respiratório e falta de ar.
Uma etiologia heterogénia (variando de fibrose cística e pneumonia à exposição a substâncias estranhas nas vias aéreas e asma não controlada) tornam o estudo e o tratamento dessa patologia complicados. Análises anteriores revelaram uma correlação entre a exacerbação da doença, caracterizada por inflamação intensa, um microbioma bacteriano menos diverso das vias aéreas e uma prevalência mais alta de um género particular de bactérias gram-negativas, Pseudomonas. No entanto, estudos longitudinais não mostraram mudanças significativas nas comunidades bacterianas associadas à exacerbação da doença.
O estudo realizado com Microbiomica Integrativa
Neste estudo, os pesquisadores, liderados por Micheál Mac Aogáin e Jayanth Kumar Narayana, da Escola de Medicina Lee Kong Chian da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Singapura, usaram a Microbiomica Integrativa , disponível como uma ferramenta da web hospedada pela Universidade Tecnológica de Nanyang, em Singapura.
A Microbiomica Integrativa usa um método de cálculo conhecido como fusão de rede de similaridade (SNF) que cria redes de dados para cada tipo de informação disponível (por exemplo bacterioma, viroma, micobioma) e então os mescla iterativamente e "pesa" os dados, neste caso, com base sobre o número relativo de taxa em cada bioma microbiano. Esta ferramenta é capaz de realizar “agrupamento espectral”, uma forma de análise estatística multivariada.
O objectivo é reunir um conjunto de dados complexo e unido em alguns grupos ou clusters, com base nas semelhanças em qualquer um dos parâmetros para descobrir quais características são capazes de prever um determinado resultado.
Quando aplicado aos dados de bronquiectasia, o SNF ponderado identificou claramente dois grupos de participantes do estudo; aqueles que tiveram uma frequência mais alta de surtos mostraram menos diversidade alfa nas vias aéreas, menos micróbios totais dentro da rede, índice de massa corporal (IMC) mais alto e maior uso de corticosteroides inalatórios. Além disso, esses indivíduos eram mais propensos a serem descendentes de europeus e eram mais propensos ao hábito de fumar.
Ao contrário dos resultados obtidos em estudos anteriores de microbioma bacteriano, os pacientes com taxas de exacerbação mais altas apresentaram níveis de abundância de Pseudomonas significativamente mais baixos. Além disso, o teste de expiração forçada e os índices de gravidade da bronquiectasia não foram significativamente diferentes entre os dois grupos de indivíduos. A ferramenta Integrative Microbiomics, portanto, distinguiu os participantes do estudo com maior precisão do que analisar apenas o microbioma bacteriano ou marcadores clínicos.
Interactoma e bronquiectasia
Os pesquisadores colectaram amostras de expectoração de 217 pacientes com bronquiectasia moderada a grave da Escócia, Malásia, Kuala Lumpur e Singapura, bem como de 40 indivíduos saudáveis de controlo. Além disso, registos microbianos bacterianos, virais e fúngicos foram estabelecidos para cada sujeito usando o sequenciamento do gene 16S rRNA.
O interactome descreve as interacções entre micróbios que foram definidos como positivos ou negativos. Pacientes no agrupamento espectral caracterizado por uma maior frequência de episódios de exacerbação apresentaram menos diversidade ecológica do microbioma das vias aéreas e mais interacções negativas - ou exclusivas - com outros micróbios na comunidade.
Os pesquisadores observaram uma alteração do interactome associada à frequência de exacerbação; isso sugere que, além da mera presença ou ausência de micróbios específicos, as interacções entre micróbios podem promover exacerbação clínica. Os autores do estudo, portanto, levantaram a hipótese de que o tratamento com antibióticos das exacerbações pode alterar o interactoma, ao invés de agir sobre bactérias específicas.
A equipa de pesquisadores conduziu dois estudos separados em pequena escala para validar as suas observações. O primeiro foi um estudo de corte prospectivo conduzido na Escócia para monitorar longitudinalmente o interactome antes, durante e após a antibioterapia para tratar a exacerbação. Esta investigação apoiou os resultados obtidos, segundo os quais as interacções entre microrganismos , comparadas à abundância microbiana, são preditores mais poderosos do tempo entre uma exacerbação e outra.. No segundo estudo, conduzido em colaboração com uma equipe italiana, o sequenciamento metagenómico foi realizado numa coorte separada de pacientes com bronquiectasia. A análise do Interactome revelou novamente a presença de dois grupos de pacientes claramente delineados, distinguidos pela frequência de exacerbação. Os pacientes no cluster com a maior frequência de exacerbação apresentaram um perfil viromico significativamente diferente, incluindo o de bacteriófagos, e uma maior abundância de genes que codificam resistência a diferentes drogas do que os pacientes no cluster com uma baixa frequência de exacerbações. Esses dados confirmaram novamente o valor clínico preditivo e a reprodutibilidade da análise do interactome.
Bactérias, vírus e fungos
Os cientistas usaram um conjunto de dados multibiomicos que incorporou dados de microbiomas bacterianos, virais e fúngicos.
Uma análise mais aprofundada do agrupamento caracterizado por uma alta frequência de exacerbações mostrou que as espécies do género Pseudomonas se comportam de maneira significativamente diferente em relação a outros micróbios do que no agrupamento de pacientes com uma baixa frequência de exacerbações.
Conclusões
Ao elucidar as interacções entre taxa microbiana, a ferramenta Integrative Microbiomics poderia potencialmente definir subtipos de bronquiectasia e outras doenças respiratórias para criar modelos de previsão de risco de exacerbação mais consistentes e avaliar intervenções . Esta abordagem, ao contrário dos estudos que usam sequenciamento genético para identificar micróbios e determinar sua abundância, foi capaz de identificar a mudança para relações microbianas mais competitivas durante os períodos de exacerbação da bronquiectasia.
Os autores, portanto, sugerem que estudos futuros também terão que considerar a competição entre micróbios pelo substrato, a influência do bacteriófago e a resposta imune do hospedeiro às mudanças no interactoma microbiano.
FONTENature Medicine TAGinfecçãomicrobiota pulmonar