Dados de telefones celulares ajudam a rastrear a disseminação de patógenos e a evolução de superbactérias

Pesquisadores do Instituto Wellcome Sanger, da Universidade de Witwatersrand e do Instituto Nacional de Doenças Transmissíveis da África do Sul, da Universidade de Cambridge e parceiros do projeto Global Pneumococcal Sequencing¹dados genômicos integrados de quase 7.000 Streptococcus pneumoniae (pneumococo)amostras coletadas na África do Sul com dados detalhados de mobilidade humana². Isso permitiu que eles vissem como essas bactérias, que causam pneumonia e meningite³movem-se entre regiões e evoluem ao longo do tempo.

Os resultados, publicados hoje (3 de julho) em Naturezasugerem que as reduções iniciais na resistência aos antibióticos associadas à vacina pneumocócica de 2009 podem ser apenas temporárias, já que cepas não direcionadas resistentes a antibióticos, como a penicilina, ganharam uma vantagem competitiva de 68%.

Esta é a primeira vez que pesquisadores conseguiram quantificar precisamente a aptidão — sua capacidade de sobreviver e se reproduzir — de diferentes cepas pneumocócicas. O insight pode informar o desenvolvimento de vacinas para atingir as cepas mais prejudiciais e pode ser aplicável a outros patógenos.

Muitas doenças infecciosas, como tuberculose, HIV e COVID-19, existem em múltiplas cepas ou variantes circulando simultaneamente, o que as torna difíceis de estudar. Pneumococo, uma bactéria que é uma das principais causas de pneumonia, meningite e sepse em todo o mundo⁴é um exemplo perfeito com mais de 100 tipos e 900 linhagens genéticas globalmente. A pneumonia sozinha mata cerca de 740.000 crianças menores de cinco anos a cada ano⁵tornando-se a maior causa infecciosa de morte em crianças.

A diversidade pneumocócica dificulta os esforços de controle, pois as vacinas que têm como alvo as principais cepas deixam espaço para outras preencherem os nichos vagos. Como essas bactérias se espalham, como as vacinas afetam sua sobrevivência e sua resistência a antibióticos continua pouco compreendido.

Neste novo estudo, os pesquisadores analisaram sequências de genoma de 6.910 amostras de pneumococo coletadas na África do Sul entre 2000 e 2014 para rastrear a distribuição de diferentes cepas ao longo do tempo. Eles combinaram esses dados com registros anônimos de padrões de viagens humanas coletados pelo Meta².

A equipe desenvolveu modelos computacionais que revelaram que as cepas pneumocócicas levam cerca de 50 anos para se misturar completamente na população da África do Sul, em grande parte devido aos padrões localizados de movimento humano.

Eles descobriram que, embora a introdução de uma vacina pneumocócica contra certos tipos dessas bactérias em 2009 tenha reduzido o número de casos causados ​​por esses tipos⁶também fez com que outras cepas não-alvo dessas bactérias ganhassem uma vantagem competitiva de 68 por cento, com uma proporção crescente delas se tornando resistentes a antibióticos como a penicilina. Isso sugere que a proteção ligada à vacina contra a resistência a antibióticos tem vida curta.

Dra. Sophie Belman, primeira autora do estudo, ex-aluna de doutorado no Wellcome Sanger Institute e agora Schmidt Science Fellow no Barcelona Supercomputing Centre, Espanha, disse: “Embora tenhamos descoberto que as bactérias pneumocócicas geralmente se espalham lentamente, o uso de vacinas e antimicrobianos pode mudar rápida e significativamente essa dinâmica. Nossos modelos podem ser aplicados a outras regiões e patógenos para entender e prever melhor a disseminação de patógenos, no contexto da resistência a medicamentos e da eficácia da vacina.”

A Dra. Anne von Gottberg, autora do estudo no Instituto Nacional de Doenças Transmissíveis, em Joanesburgo, África do Sul, disse: “Apesar dos esforços de vacinação, a pneumonia continua sendo uma das principais causas de morte de crianças menores de cinco anos na África do Sul. Com vigilância genômica contínua e estratégias de vacinação adaptáveis ​​para combater a notável adaptabilidade desses patógenos, podemos ser capazes de direcionar melhor as intervenções para limitar o fardo da doença.”

O professor Stephen Bentley, autor sênior do estudo no Wellcome Sanger Institute, disse: “A diversidade do pneumococo obscureceu nossa visão sobre como qualquer cepa se espalha de uma região para outra. Essa abordagem integrada usando genoma bacteriano e dados de viagens humanas finalmente nos permite cortar essa complexidade, descobrindo caminhos migratórios ocultos em alta definição pela primeira vez. Isso pode permitir que os pesquisadores antecipem onde as cepas emergentes de alto risco podem se estabelecer em seguida, nos colocando um passo à frente de surtos potenciais.”

Notas

1. Os parceiros do projeto Global Pneumococcal Sequencing podem ser encontrados aqui: https://www.pneumogen.net/gps/
2. Os dados de mobilidade humana usados ​​neste estudo são dados de base do Meta Data for Good, divulgados durante a pandemia de SARS-CoV-2 de 2020. Esses dados dependem de consentimento pessoal para compartilhamento de localização, e o Data for Good garante a privacidade individual ao impedir a reidentificação em conjuntos de dados agregados.
3. Para mais informações sobre a doença pneumocócica, visite: https://www.cdc.gov/pneumococcal/about/index.html
4. Português https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5666185/
5. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/pneumonia
6. Antes dessas vacinas, 85 por cento das cepas pneumocócicas eram aquelas visadas pelas vacinas. Em 2014, isso caiu para 33,2 por cento. Essa mudança foi consistente em todas as nove províncias da África do Sul.