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Uma equipe de investigadores dos membros fundadores do Mass General Brigham, Brigham and Women’s Hospital (BWH) e Massachusetts General Hospital (MGH), identificou estratégias metabólicas usadas por Clostridioides difficile para colonizar rapidamente o intestino. As descobertas identificam métodos para melhor prevenir e tratar a causa mais comum de diarreia associada a antibióticos e infecções adquiridas na área da saúde (HAIs). A abordagem da equipe tem implicações para a compreensão de aspectos mais amplos do metabolismo microbiano, incluindo respostas a antibióticos e produção de metabólitos importantes. Os resultados são publicados em Natureza Química Biologia.
“Investigar o metabolismo em tempo real em microorganismos que só crescem em ambientes sem oxigênio foi considerado impossível”, disse a autora co-correspondente Lynn Bry, MD, PhD, diretora do Massachusetts Host-Microbiome Center, diretora médica associada em Patologia da BWH, e professor associado de Patologia na Harvard Medical School. “Aqui, mostramos que pode ser feito para combater C. difícil infecções — e com achados aplicáveis à medicina clínica”.
“C. difícil é a principal causa de infecções hospitalares e uma das principais causas de diarreia associada a antibióticos. Compreender seus mecanismos metabólicos em nível celular pode ser útil para prevenir e tratar infecções “, disse o co-autor sênior Leo L. Cheng, PhD, biofísico associado em Patologia e Radiologia no MGH e professor associado de Radiologia na Harvard Medical School.
C. difícil é uma espécie de bactéria anaeróbia obrigatória, o que significa que não se replica na presença de gás oxigênio. C. difícil causa infecções ao liberar toxinas que permitem que o patógeno obtenha nutrientes dos tecidos intestinais danificados. Entendendo como C. difícil metaboliza nutrientes enquanto coloniza o intestino pode informar novas abordagens para prevenir e tratar infecções.
Para completar seu estudo, Bry e Cheng, professores do recém-formado programa Mass General Brigham Pathology, usaram uma tecnologia chamada espectroscopia de ressonância magnética nuclear de rotação de ângulo mágico de alta resolução (HRMAS NMR) para estudar o metabolismo em tempo real em células vivas sob condições anaeróbicas. . A equipe incorporou previsões computacionais para detectar mudanças metabólicas em C. difícil à medida que a disponibilidade de nutrientes diminuía e, em seguida, desenvolveu uma abordagem para rastrear simultaneamente o fluxo de carbono e nitrogênio através do metabolismo anaeróbio. Os pesquisadores identificaram como C. difícil inicia seu metabolismo fermentando aminoácidos antes de iniciar caminhos para fermentar açúcares simples, como a glicose. Eles descobriram que as vias críticas convergiam para um ponto de integração metabólica para produzir o aminoácido alanina para conduzir com eficiência o crescimento bacteriano.
As descobertas do estudo identificaram novos alvos para medicamentos de moléculas pequenas para combater C. difícil colonização e infecção no intestino e fornecem uma nova abordagem para definir rapidamente o metabolismo microbiano para outras aplicações, incluindo o desenvolvimento de antibióticos e a produção de metabólitos economicamente e terapeuticamente importantes.
Os coautores do estudo incluem Aidan Pavao, Brintha Girinathan, Johann Peltier, Pamela Altamirano Silva, Bruno Dupuy, Isabella H. Muti e Craig Malloy.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde, o BWH Precision Medicine Institute e o Presidential Scholar’s Award, o MGH AA Martinos Center for Biomedical Imaging e o Massachusetts Life Sciences Center.
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