Diferenças no microbioma intestinal associadas ao risco de morte em pacientes com COVID-19 com insuficiência respiratória

No início de 2020, Bhakti Patel, MD, especialista pulmonar e em cuidados intensivos da University of Chicago Medicine, e Matthew Stutz, MD, que era bolsista de cuidados intensivos na época, tiveram uma ideia para um projeto de pesquisa. Eles queriam estudar o microbioma intestinal de pacientes internados na UTI para ver se isso poderia ajudá-los a entender por que alguns pacientes se recuperam e ficam bem após a alta do hospital, e outros continuam sofrendo de complicações debilitantes. Muitas das intervenções comuns que os médicos usam na UTI, como sedação, antibióticos, colocar as pessoas em ventiladores ou mantê-los imóveis por longos períodos de tempo, podem ter consequências não intencionais e causar lesões duradouras, mesmo que acabem ajudando o paciente a se recuperar de a lesão ou doença inicial que os trouxe ao hospital em primeiro lugar.

“Estávamos tentando unir fatores que poderiam se prestar a uma explicação biológica de por que os pacientes ficam incapacitados após sobreviverem a uma internação na UTI que vai além das coisas que fazemos que podem ter complicações”, disse Patel, que é professor assistente da Medicina. Mas, como em tantos outros projetos concebidos durante esse período, Patel disse: “E então o COVID apareceu”.

A pandemia virou tudo de cabeça para baixo cuidados de saúde, especialmente para pneumologistas na UTI. De sua parte – em meio a cuidar da multidão de pacientes – Patel trabalhou em um sistema de ventilação inovador baseado em capacete que ajuda a evitar que pacientes gravemente doentes sejam colocados em um ventilador. Enquanto isso, ela e Stutz, que agora trabalha no Stroger Hospital em Chicago, direcionaram seu projeto para uma oportunidade de entender o papel do microbioma em infecções graves por COVID-19.

O resultado deste trabalho, publicado na Natureza Comunicações em novembro de 2022, mostram que a composição da microbiota intestinal e os metabólitos que eles produzem podem prever a trajetória da função respiratória e morte em pacientes com COVID-19 grave. Isso sugere que o microbioma intestinal tem ligações importantes com a saúde pulmonar e apresenta uma oportunidade de prevenir os piores resultados.

‘Há algo mais acontecendo’

Patel disse que uma das coisas mais preocupantes durante a pandemia foi ver pacientes relativamente saudáveis ​​entrarem na UTI e terem resultados completamente diferentes. Alguns morreram, alguns finalmente se recuperaram e muitos se recuperaram, mas ficaram com complicações duradouras. “Isso me diz que algo mais está acontecendo, e este estudo mostra que houve alguma interação entre a saúde do microbioma e como eles se recuperaram da infecção”.

Entre setembro de 2020 e maio de 2021, os enfermeiros recolheram amostras fecais de 71 pacientes com COVID-19 quando foram admitidos na UTI médica da UChicago Medicine; 39 desses pacientes sobreviveram e 32 morreram mais tarde. Para analisar as amostras, os médicos recorreram a cientistas do Duchossois Family Institute (DFI) da UChicago, que possuem extensa experiência no campus e infraestrutura técnica para estudar a composição das amostras microbianas, incluindo os metabólitos e outros compostos químicos que os microorganismos no intestino consomem e produzem.

Eric Pamer, MD, professor de medicina Donald F. Steiner e diretor do DFI, disse que o momento cuidadoso da coleta de amostras é crítico, porque permitiu que Stutz e Patel fizessem comparações significativas entre pacientes que foram admitidos com gravidades semelhantes de COVID- 19, mas se recuperou da infecção ou desenvolveu insuficiência respiratória progressiva. Isso permitiu que eles perguntassem se a progressão da infecção é afetada pelo microbioma e pelos metabólitos que ele produz, especificamente em um ambiente de UTI.

“Pode ser muito informativo investigar grupos de pacientes com infecções semelhantes que inexplicavelmente seguem diferentes cursos clínicos, melhorando ou ficando cada vez mais comprometidos”, disse ele. “O estudo conduzido pela equipe de cuidados intensivos pulmonares nos deu a oportunidade de ver se havia diferenças nos microbiomas dos pacientes que se recuperaram ou pioraram”.

As principais instalações do DFI detectaram várias diferenças notáveis ​​na composição do microbioma e dos produtos metabólicos entre esses pacientes. Pacientes que sofreram insuficiência pulmonar progressiva e morreram tinham mais de um grupo de bactérias chamado Proteobactérias do que os pacientes que se recuperaram. Esses pacientes também apresentaram níveis mais baixos de ácidos biliares secundários e menos de um metabólito chamado desaminotirosina. Por outro lado, os pacientes que melhoraram apresentaram níveis mais elevados de ácidos biliares secundários e mais desaminotirosina.

Pamer disse que essas descobertas são empolgantes porque pesquisas preliminares mostraram que os ácidos biliares secundários ajudam a moderar as respostas imunes, e a desaminotirosina foi associada a defesas imunes antivirais aprimoradas. Mas levanta uma questão da galinha contra o ovo: os pacientes que sobreviveram chegaram à UTI com um microbioma protetor ou a infecção grave danificou o microbioma daqueles que morreram?

Ainda é muito cedo para dizer, mas Pamer diz que o tempo meticuloso da coleta de amostras neste estudo revelou diferenças nos pacientes antes da deterioração ou recuperação, sugerindo que o microbioma e os metabólitos contribuem para a recuperação de infecções respiratórias graves. Isso poderia abrir uma janela para dar aos pacientes tratamentos probióticos contendo as cepas certas de bactérias para produzir metabólitos protetores. Analisar seu microbioma também pode identificar pacientes com probabilidade de desenvolver doença progressiva, dando aos médicos a chance de intervir preventivamente. Atualmente, o DFI está construindo uma instalação certificada para produzir tais tratamentos, como cápsulas que incluem bactérias vivas que podem ajudar a reconstituir o microbioma de um paciente.

Uma intervenção baseada em sistemas

Patel disse que ter um recurso como o DFI no campus é um benefício para seu trabalho, tentando criar os melhores resultados possíveis para os pacientes que saem da UTI. “Como prestadora de cuidados à beira do leito, já posso dizer se um paciente está em mau estado. Não preciso necessariamente de uma amostra de fezes para isso”, disse ela. “Mas o que isso faz é permitir que eu faça muito mais perguntas, como quão frágil é esse paciente devido a todos os problemas médicos que surgiram? Como isso vai interagir com a infecção que eles têm agora? E como podemos complementar a microbioma para construir essa resiliência para evitar, por exemplo, entrar em um ventilador?”

“Essa é a parte empolgante de colaborar com a equipe DFI”, continuou ela. “Esta descoberta sobre a produção de metabólitos e sua interação com a resposta imune representa uma mudança de paradigma na pesquisa do microbioma. Com a tecnologia fornecida pelo DFI, podemos medir a microbioma funcione em horas e aproveite esse tempo de espera para personalizar intervenções nas quais possamos restaurar alguém a um estado mais saudável. Acho que esse é só o começo de muitas histórias que podemos contar juntos.”

O estudo é intitulado “Os metabólitos fecais imunomoduladores estão associados à mortalidade em pacientes com COVID-19 com insuficiência respiratória”. Autores adicionais incluem Nicholas P. Dylla, Steven D. Pearson, Paola Lecompte-Osorio, Ravi Nayak, Maryam Khalid, Emerald Adler, Jaye Boissiere, Huaiying Lin, William Leiter, Jessica Little, Amber Rose, David Moran, Michael W. Mullowney, Krysta S. Wolfe, Christopher Lehmann, Matthew Odenwald, Mark De La Cruz, Mihai Giurcanu, Anne S. Pohlman, Jesse B. Hall, Jean-Luc Chaubard, Anitha Sundararajan, Ashley Sidebottom e John P. Kress da Universidade de Chicago .