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A tuberculose geralmente é encontrada como uma doença dos pulmões, mas em 2% dos casos nos EUA também pode ser encontrada nos ossos. Os esqueletos de 9.000 anos de algumas múmias egípcias mostram sinais de infecção por tuberculose em seus ossos, uma condição dolorosa que faz com que os ossos pareçam ter sido roídos.
Portanto, foi um quebra-cabeça estranho quando o médico de Duke, Jason Stout MD, encontrou um surto de tuberculose no condado de Wake em meados dos anos 2000, no qual a infecção se espalhou para além dos pulmões em seis pessoas. “Quatro de seis estavam no osso”, disse Stout. “Isso é muito mais do que 2 por cento.”
O caso índice, a primeira pessoa em Raleigh a ter essa cepa da doença, aparentemente contraiu a bactéria no Vietnã, mas não estava se sentindo muito doente e trabalhava com cerca de 400 pessoas em seu local de trabalho.
“Então foi uma exposição prolongada em um local de trabalho”, disse Stout, professor de medicina da Duke que rastreou e identificou sete infecções subsequentes por meio de rastreamento de contatos e registros do departamento de saúde.
Todas as oito pessoas foram tratadas com antibióticos e outros colegas de trabalho receberam cuidados preventivos e, em seguida, o estranho surto desapareceu. Mas o mistério nunca foi realmente resolvido. “Sou epidemiologista e especialista em ensaios clínicos e fiquei coçando a cabeça”, disse Stout.
Até vários anos depois, quando Stout teve uma conversa casual com seu colega e pesquisador de tuberculose David Tobin, Ph.D., professor associado de genética molecular e microbiologia e imunologia na Duke.
“Nós nos encontramos e estamos tomando café um dia, e estamos conversando sobre isso”, lembra Stout. Centros médicos acadêmicos como Duke mantêm rotineiramente espécimes biológicos, e Stout ainda tinha amostras do inseto intrigante. “David disse: ‘Bem, dê para mim e vamos dar uma olhada.’ E então essa ciência incrível veio disso”, disse Stout.
A ciência surpreendente é que o laboratório de Tobin, com vários colegas da Duke, Notre Dame e da Universidade do Texas, descobriu exatamente como e por que essas bactérias da tuberculose em particular eram tão móveis. Suas descobertas aparecem on-line em 9 de novembro na revista Célula.
“Certas infecções tendem a ir a certos lugares”, disse Stout. “E a pergunta é sempre, por que ele faz isso?” Em cepas de tuberculose encontradas nas Américas e na Europa, as bactérias parecem mais propensas a permanecer nos pulmões. Mas essa linhagem era altamente móvel.
A equipe de Tobin, liderada por Joseph Saelens, Mollie Sweeney e Gopinath Viswanathan, executou o sequenciamento genético no inseto Raleigh e descobriu que ele mais se assemelhava a uma linhagem ancestral de um grupo de linhagens chamado linhagem 1. Nos EUA, tendemos a ver as linhagens modernas, linhagens 2, 3 e 4, mas a linhagem 1 ainda está por aí, principalmente no sul e sudeste da Ásia.
Mycobacterium tuberculosis geralmente infecta um tipo de glóbulo branco chamado macrófago, uma célula varredora de ruas altamente móvel que se move à procura de invasores e depois os engole e os mastiga. (Macrófago é latim para grande comedor.) Uma parte do kit de ferramentas das bactérias patogênicas é um conjunto de sinais químicos únicos – fatores secretados – para se proteger do sistema imunológico e dizer ao seu hospedeiro macrófago o que fazer.
A equipe de Tobin queria encontrar a diferença que permitia que os macrófagos do inseto de Wake County fossem mais móveis e deixassem os pulmões.
Eles compararam variantes genéticas de 225 cepas diferentes de TB com atenção especial aos genes de seus fatores secretados. O que eles descobriram é um fator de secreção chamado EsxM que estava ativo na bactéria Raleigh, mas foi inativado por uma mutação nas cepas modernas.
Então, trabalhando com Craig Lowe, biólogo evolucionário e professor assistente de genética molecular e microbiologia na Duke, eles analisaram o sequenciamento genético de 3.236 cepas diferentes de TB e descobriram que o padrão persistia: as cepas modernas têm uma versão silenciada do fator de secreção EsxM. . “Ao longo de alguns milhares de tensões, isso realmente se sustenta”, disse Tobin. “Eles mantiveram isso e presumivelmente é algo que é evolutivamente vantajoso para eles”.
Para provar ainda mais seu ponto, os pesquisadores colocaram versões ativas do EsxM em versões atenuadas com segurança de cepas modernas e observaram seus hospedeiros macrófagos em um prato de laboratório se tornarem mais ativos e móveis. “Podemos ver essas mudanças na forma e estrutura dos macrófagos e eles se tornam mais migratórios”, disse Tobin. Eles também eliminaram EsxM em uma cepa com a versão ancestral e tornaram os macrófagos infectados menos móveis.
Embora tomando cuidado para não exagerar suas descobertas, Tobin disse que parece que as cepas modernas amplamente distribuídas de TB se beneficiam de permanecer nos pulmões devido à maneira como se espalham pelo ar pela respiração. Ficar nos pulmões presumivelmente lhes daria uma plataforma de lançamento melhor para um novo hospedeiro.
Felizmente, a cepa de tuberculose migratória não foi vista novamente localmente, disse Stout, “espero porque fizemos um bom trabalho e conseguimos muitas pessoas com terapia preventiva”. Mas o mistério de sua estranha mobilidade foi resolvido.
“Isso pode ter terminado comigo dizendo: ‘Uau, isso foi estranho. Deve haver algo sobre a tensão porque todos esses pacientes tinham sistemas imunológicos saudáveis’”, disse Stout. “Mas o tipo de ciência que eu faço não é o tipo de ciência que David faz. Este é um exemplo maravilhoso de pessoas de diferentes disciplinas se unindo para responder a um problema clínico realmente interessante.”
Esta pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (AI-125517, AI-130236, AI-127115, AI-142127, AI-149147, AI-106872, 1DP2-GM146458-01, UC6-AI-058607).
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