Pessoas com sistema imunológico enfraquecido estão em constante risco de infecção. Pseudomonas aeruginosauma bactéria ambiental comum, pode colonizar diferentes partes do corpo, como os pulmões, levando a infecções crônicas persistentes que podem durar a vida inteira – uma ocorrência comum em pessoas com fibrose cística.
Mas as bactérias às vezes podem mudar seu comportamento e entrar na corrente sanguínea, fazendo com que infecções crônicas localizadas se tornem agudas e potencialmente fatais. Apesar de décadas estudando a transição em ambientes de laboratório, como e por que a mudança acontece em humanos permanece desconhecido.
No entanto, pesquisadores do Georgia Institute of Technology identificaram o principal mecanismo por trás da transição entre doenças crônicas e agudas. P. aeruginosa infecções. Marvin Whiteley – professor na Escola de Ciências Biológicas e Bennie H. e Nelson D. Abell Chair em Biologia Molecular e Celular – e Pengbo Cao, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Whiteley, descobriram um gene que impulsiona a mudança. Ao medir a expressão do gene bacteriano em amostras de tecido humano, os pesquisadores identificaram um biomarcador para a transição.
Os resultados de suas pesquisas, publicados na Naturezapode informar o desenvolvimento de futuros tratamentos para infecções agudas com risco de vida.
Segundo Whiteley e Cao, as bactérias, assim como os animais, são versáteis e se comportam de maneira diferente dependendo do ambiente. Uma pessoa com uma infecção crônica pode ficar bem um dia, mas mudanças ambientais no corpo podem fazer com que as bactérias mudem seu comportamento. Isso pode levar a uma infecção aguda e uma pessoa pode desenvolver sepse que requer tratamento imediato.
“Durante anos, as pessoas estudaram essas bactérias em ambientes de laboratório bem controlados, mesmo que o laboratório seja um lugar que a maioria dos micróbios nunca viu”, disse Whiteley. “Nosso estudo adotou uma nova abordagem para examinar diretamente o comportamento da bactéria no hospedeiro humano”.
Os pesquisadores optaram por analisar amostras de tecido humano de infecções pulmonares e de feridas bacterianas crônicas. Usando tecnologias de sequenciamento genético, Whiteley e Cao mediram os níveis de todos os tipos de mRNA presentes nas bactérias. Os mRNAs codificam as proteínas que fazem todo o trabalho em uma célula, portanto, medindo o nível de mRNA de uma bactéria, pode-se inferir o comportamento da bactéria.
Enquanto P. aeruginosa tem cerca de 6.000 genes, Whiteley e Cao descobriram que um gene em particular – conhecido como PA1414 – era mais expresso em amostras de tecido humano do que todos os outros milhares de genes combinados. Os níveis eram tão altos que, a princípio, Cao e Whiteley pensaram que a quantidade de mRNA do PA1414 poderia ser um artefato – uma falha associada aos métodos de sequenciamento.
“Esse gene em particular não é muito expresso no ambiente de laboratório padrão, por isso foi impressionante ver esses níveis”, disse Cao. “E neste ponto, a função do gene era desconhecida.”
Os pesquisadores também descobriram que o baixo nível de oxigênio impulsiona a alta expressão do gene. Esta é uma característica ambiental comum de infecções bacterianas, pois as bactérias freqüentemente encontram privação de oxigênio durante infecções crônicas. Outros testes mostraram que o gene também regula a respiração bacteriana em condições de baixo oxigênio.
Curiosamente, os pesquisadores descobriram que, em vez de codificar uma proteína, o gene codifica um pequeno RNA que desempenha um papel vital na respiração bacteriana. Eles nomearam o pequeno RNA SicX (sRNA indutor de infecção crônica X).
Os pesquisadores então testaram as funções do gene em diferentes modelos de infecção animal. Eles observaram que, quando o SicX não estava presente, a bactéria se disseminava facilmente de infecções crônicas por todo o corpo, causando infecção sistêmica. A comparação permitiu aos pesquisadores determinar que o gene é importante para promover a infecção crônica localizada. Além disso, os pesquisadores também mostraram que a expressão do SicX diminuiu imediatamente durante a transição da infecção crônica para a aguda, sugerindo que o SicX potencialmente serve como um biomarcador para a mudança de crônica para aguda.
“Em outras palavras, sem o pequeno RNA, as bactérias ficam inquietas e vão em busca de oxigênio, porque precisam respirar como nós precisamos respirar”, disse Whiteley. “Essa necessidade faz com que a bactéria entre na corrente sanguínea. Agora, sabemos que os níveis de oxigênio estão regulando essa transição.”
Ter uma melhor indicação de quando uma infecção pode entrar na corrente sanguínea seria uma mudança de paradigma para os tratamentos.
“Se você pode prever quando uma infecção aguda ocorrerá, um paciente pode fazer um teste de diagnóstico em casa para determinar se e quando pode precisar de tratamento – antes que a infecção se torne uma ameaça à vida”, disse Whiteley.
O estudo fornece respostas às questões de longa data sobre como e por que as infecções crônicas se tornam agudas. As descobertas dos pesquisadores também abrem oportunidades para desenvolver terapias que visam esse comportamento molecular específico associado a P. aeruginosa infecções.
“A crônica Pseudomonas A infecção geralmente é altamente resistente aos antibióticos de primeira linha”, disse Cao. “Ao direcionar esse pequeno RNA, poderíamos potencialmente mudar o estilo de vida da bactéria para torná-la mais suscetível a tratamentos com antibióticos e obter maior eliminação dessas infecções perigosas”.