El mapeo de la evolución del principal factor de virulencia de E. coli ofrece un objetivo de fármaco refinado

En un nuevo estudio, publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza, un equipo multicéntrico dirigido por el Instituto Wellcome Sanger, la Universidad de Oslo, el Imperial College de Londres y la UCL, cartografió por primera vez la línea de tiempo evolutiva y la distribución de la población de la cápsula exterior protectora de Escherichia coli, que es responsable de la virulencia de la bacteria. . El estudio también muestra cómo atacar la capa protectora de la bacteria puede ayudar a tratar las infecciones extraintestinales.

Este nuevo trabajo se centró en un subconjunto particular de E. coli con una cápsula específica, la barrera extracelular que rodea a una bacteria, que los científicos han llamado K1. Se sabe que la E. coli con este tipo de cápsula causa enfermedades invasivas, como infecciones del torrente sanguíneo o de los riñones, y meningitis en los recién nacidos. Esto se debe a que esta cubierta particular les permite imitar moléculas que ya están presentes en los tejidos humanos y entrar al cuerpo sin ser notadas.

Los investigadores presentan evidencia de que apuntar a la cápsula puede usarse como base del tratamiento, allanando el camino para prevenir infecciones graves por E. coli.

E. coli es una causa común de infecciones del tracto urinario y del torrente sanguíneo y puede causar meningitis en recién nacidos prematuros y de término, con una tasa de mortalidad de hasta el 40%. Además, el aumento de E. coli hipervirulenta y multirresistente durante la última década significa que ahora es urgente desarrollar estrategias eficaces para prevenir y tratar la E. coli.

Comprender la anatomía de la bacteria y cómo juega un papel en la causa de la enfermedad es clave para la prevención de infecciones graves. Hasta ahora, los científicos carecían de conocimientos básicos sobre la prevalencia, la evolución y las propiedades funcionales de la cápsula K1, lo que limitaba su capacidad para combatir las infecciones por E. coli.

Investigadores del Instituto Wellcome Sanger, la Universidad de Oslo, el Imperial College de Londres y la UCL ahora han mapeado la evolución de esta cepa de E. coli, su prevalencia y distribución. Usando genómica de población de alta resolución, secuenciación del genoma completo y herramientas computacionales avanzadas, analizaron 5065 muestras clínicas de diferentes países y períodos de tiempo. Los datos incluyeron grandes colecciones de muestras del Reino Unido y Noruega, muestras recién generadas de adultos y neonatos de seis países, como Brasil, México y Laos, entre otros, y muestras de la era anterior a los antibióticos, desde 1932 en adelante.

Descubrieron que esta cápsula específicamente virulenta, K1, en realidad data de más atrás en el tiempo, aproximadamente 500 años antes de lo imaginado anteriormente. Esto destaca la importancia de la cápsula para la supervivencia de la bacteria y el papel de la barrera extracelular en el éxito de E. coli como principal causante de infecciones extraintestinales.

El Dr. Sergio Arredondo-Alonso, autor principal del estudio de la Universidad de Oslo y el Instituto Wellcome Sanger, dijo: «Fue emocionante descubrir la posibilidad de reconstruir la historia evolutiva de la cápsula K1 durante el último medio milenio, y vea cómo los genes de la cápsula han sido adquiridos una y otra vez por muchos linajes diferentes de esta especie de patógeno a lo largo de los siglos. Como no se conocía ni la prevalencia ni la historia de K1, sentimos que entramos en un territorio verdaderamente desconocido y avanzamos significativamente en la comprensión de este Principales especies patógenas».

El estudio también muestra que el 25% de todas las cepas actuales de E. coli responsables de infecciones sanguíneas contienen la información genética necesaria para desarrollar la cápsula K1. Obtener una historia evolutiva completa de esta cepa ahora permitirá a los investigadores comprender cómo las bacterias obtienen el material genético responsable de la virulencia severa en primer lugar y analizar formas de combatirlas.

Mediante el uso de enzimas de bacteriófagos, que son virus que infectan y matan bacterias, los investigadores pudieron eliminar la barrera extracelular de la bacteria y hacerla vulnerable al sistema inmunitario humano. Los investigadores demostraron en estudios in vitro con suero humano, una parte líquida de la sangre que se usa comúnmente en estudios de laboratorio, que enfocarse en esta cápsula puede ser una forma de tratar ampliamente la infección por E. coli sin el uso de antibióticos, de acuerdo con estudios experimentales previos. Infecciones en animales.

El Dr. Alex McCarthy, autor principal del estudio del Imperial College London, dijo: «Demostramos específicamente los avances que se hicieron posibles al combinar la microbiología experimental con la genómica de poblaciones y las herramientas de modelado evolutivo, para abrir una ventana para traducir los hallazgos en la práctica clínica futura. Demostramos que la orientación terapéutica de la cápsula K1 hace que estos patógenos sean más vulnerables a nuestro sistema inmunológico y ofrece la posibilidad de prevenir infecciones graves, por ejemplo, podría ayudar a tratar a los recién nacidos con meningitis causada por K1 E. coli, que es un afección rara pero peligrosa asociada con una alta mortalidad y graves efectos adversos para la salud a largo plazo».

El profesor Jukka Corander, coautor principal del estudio del Instituto Wellcome Sanger y la Universidad de Oslo, dijo: «Nuestra investigación muestra la importancia de las encuestas genómicas representativas de patógenos a lo largo del tiempo y el espacio. Estos estudios nos permitirán reconstruir el «La historia evolutiva de los linajes bacterianos exitosos y los cambios precisos en su composición genética que pueden conducir a su capacidad de propagarse y causar enfermedades. Dicho conocimiento, en última instancia, proporciona la base para diseñar futuras intervenciones y terapias contra estos patógenos».