Os insights do microbioma encontrados no cocô ajudam a prever infecções em pacientes transplantados de fígado

Num novo estudo, investigadores da Universidade de Chicago conseguiram prever infecções pós-operatórias em pacientes transplantados de fígado através da análise de moléculas nas suas fezes. A sua análise representa um avanço importante na exploração da ligação entre o microbioma intestinal – as bactérias que habitam o corpo humano – e a saúde geral.

“A resistência aos antibióticos está crescendo a cada ano e piorando. Sem antibióticos que funcionem, não podemos fazer coisas como realizar cirurgias, proteger bebês prematuros ou tratar o câncer”, disse Christopher Lehmann, MD, professor assistente de medicina na UChicago Medicine e líder autor do estudo. “Acontece que o microbioma humano, particularmente o microbioma intestinal, adaptou-se para combater bactérias resistentes aos medicamentos ao longo da história. Precisamos de tentar compreender como isso funciona para combater estas infecções resistentes aos medicamentos”.

Os pacientes transplantados de fígado são especialmente suscetíveis a infecções resistentes a medicamentos, por isso Lehmann e seus colegas pesquisadores analisaram amostras fecais de mais de 100 pacientes transplantados de fígado para ver se o microbioma poderia estar influenciando o risco de infecção.

Microbiomas saudáveis ​​versus não saudáveis

Os pesquisadores descobriram uma ampla gama de composições de microbiomas em diferentes pacientes.

“Um microbioma saudável seria composto por mais de um bilião de células bacterianas, com milhares de espécies únicas – como uma floresta tropical diversificada”, explicou Lehmann. “Alguns pacientes têm todo esse ecossistema destruído. Eles ainda têm mais de um trilhão de células, mas há apenas uma única espécie bacteriana – geralmente uma espécie ruim e resistente aos medicamentos. Seria como desmatar a floresta tropical e plantar nada além de uma única espécies de ervas daninhas prejudiciais.”

Os pesquisadores descobriram que microbiomas saudáveis ​​produzem vários metabólitos importantes, que são moléculas produzidas através da digestão ou de outros processos químicos dentro de um organismo. Esses metabólitos incluem ácidos graxos de cadeia curta, que são benéficos para os hospedeiros humanos, bem como ácidos biliares secundários produzidos quando as bactérias modificam os ácidos biliares humanos para atender às suas próprias necessidades.

Descobriu-se que, num microbioma diversificado, essas necessidades incluem o combate a bactérias resistentes aos medicamentos. Alguns dos ácidos biliares são altamente tóxicos para bactérias como o Enterococcus resistente à vancomicina (VRE), um tipo de bactéria resistente a antibióticos que freqüentemente causa infecções em pacientes submetidos a cirurgia, tratamento de câncer ou cuidados intensivos.

O poder preditivo do cocô

Em seguida, os investigadores examinaram os seus dados para ver se havia uma correlação entre a composição do microbioma e as infecções pós-operatórias.

“Descobriu-se que a quantidade de patógenos resistentes aos medicamentos no microbioma previu infecções pós-operatórias com uma precisão que normalmente procuraríamos em um teste clínico”, disse Lehmann.

A equipe então deu um passo adiante. Em vez de sequenciar genomas para identificar espécies bacterianas específicas, decidiram observar apenas os metabolitos nas fezes dos pacientes para ver se essas moléculas ofereciam o mesmo valor preditivo. Os metabólitos por si só permitiram classificar os pacientes em duas categorias: microbiomas saudáveis ​​e microbiomas não saudáveis. Dando o salto analítico final, os cientistas descobriram que poderiam usar os metabolitos para prever se um paciente iria contrair uma infecção.

“Podemos ir direto dos metabólitos para a previsão de um resultado clínico”, disse Lehmann. “Isso é importante porque a análise metabolômica pode ser realizada muito rapidamente, enquanto o sequenciamento é relativamente lento”.

O algoritmo analítico é atualmente muito complicado e precisaria de extensa validação antes de ser usado como teste diagnóstico ou preditivo na prática clínica. No entanto, estas descobertas estabelecem as bases para estudos futuros que poderão solidificar a ligação entre a infecção e os metabolitos nas fezes, bem como explorar potenciais relações causais.

O próximo passo: consertar microbiomas para prevenir infecções

“O próximo passo deste curso de investigação será investigar se podemos usar estas descobertas para corrigir os microbiomas das pessoas”, disse Lehmann. Pacientes com microbiomas intestinais insalubres de uma única espécie e com alto risco de infecção poderiam potencialmente receber bactérias intestinais saudáveis ​​de fontes externas para restaurar a produção de metabólitos saudáveis, incluindo moléculas como os ácidos biliares secundários que podem ajudar a proteger contra infecções resistentes a medicamentos.

Em 2023, a FDA aprovou dois produtos de restauração de microbioma. “A restauração do microbioma não está num futuro distante; já está no presente”, disse Lehmann.

A Divisão de Ciências Biológicas da UChicago já possui um biobanco contendo milhares de bactérias, todas analisadas e categorizadas com base em seus genomas e nos metabólitos que produzem. A UChicago está construindo uma instalação compatível com Boas Práticas de Fabricação (GMP) que permitirá aos cientistas produzir, filtrar e liofilizar bactérias intestinais essenciais derivadas de doadores saudáveis ​​e embalá-las em cápsulas de qualidade farmacêutica que as pessoas podem tomar como pílulas.

“Já preparamos alguns coquetéis de bactérias que estão faltando em pacientes com resultados ruins, mas estão presentes em pacientes com bons resultados”, disse Lehmann. “Essas bactérias podem trabalhar juntas para produzir os metabólitos que faltavam nos pacientes que contraíram infecções, e então podem habitar o intestino e, teoricamente, defender-se contra resultados negativos futuros”.

Em pacientes que receberam tratamento com antibióticos de amplo espectro, essas cápsulas poderiam ser usadas para repovoar bactérias intestinais saudáveis ​​que foram eliminadas. Em pacientes com alto risco de infecções bacterianas resistentes a medicamentos, a suplementação de metabólitos do microbioma pode fornecer alguma proteção.

“Temos perdido a batalha contra múltiplas bactérias resistentes aos medicamentos, por isso precisamos desesperadamente de mais armas”, disse Lehmann. “Compreender o microbioma, testar a saúde do microbioma e restaurá-lo são novas ferramentas cruciais que podemos adicionar ao nosso arsenal”.

O estudo, “Perfil do metabólito fecal identifica receptores de transplante de fígado em risco de infecção pós-operatória”, foi publicado em Hospedeiro celular e micróbio em dezembro de 2023. Os coautores incluem Nicholas P. Dylla, Matthew Odenwald, Ravi Nayak, Maryam Khalid, Jaye Boissiere, Jackelyn Cantoral, Emerald Adler, Matthew R. Stutz, Mark Dela Cruz, Angelica Moran, Huaiying Lin, Anitha Sundararajan, Ashley M. Sidebottom, Jessica Cleary, Eric G. Pamer, Andrew Aronsohn, John Fung, Talia B. Baker e Aalok Kacha.