A Cavidade Nasossinusal como Reservatório para o Desenvolvimento Bacteriano das Vias Aéreas Superiores

O estudo da dinâmica da comunidade microbiana é extremamente importante para a saúde humana, incluindo como manter ou restaurar um microbioma saudável. Os estudos de metagenômica revolucionaram a microbiologia ao abordar essas questões de maneira independente da cultura e definiram papéis essenciais da microbiota no desenvolvimento do hospedeiro. O desenvolvimento inicial da microbiota intestinal começa no útero e é fortemente influenciado por exposições no nascimento (p. parto vaginal vs cesariana). Acredita-se que a semeadura inicial pela microflora da mãe e sua subsequente sucessão bacteriana tenham impactos críticos de longo prazo na saúde humana. Estudos longitudinais recentes documentaram um aumento gradual na diversidade bacteriana, montagem não aleatória da comunidade, efeitos do leite materno e introdução de alimentos de mesa e grandes mudanças taxonômicas como resultado de antibióticos e estresses ambientais que ocorrem durante a infância. Como as perturbações desses eventos iniciais foram associadas a diabetes, câncer, saúde mental e uma série de outras doenças, esforços estão em andamento para aprender como a manipulação do microbioma infantil para um estado "saudável" se traduz em resultados clínicos de longo prazo.

Por outro lado, pouca atenção tem sido dada aos fatores que governam o desenvolvimento precoce da microbiota do trato respiratório, incluindo a cavidade oral. Ao nascimento, a flora oral e nasofaríngea assemelham-se às do trato vaginal ou da pele materna (dependendo do tipo de parto). Conjuntos de dados preliminares sugerem que, durante o primeiro ano de vida, o microbioma das vias aéreas evolui para um rico ecossistema microbiano semelhante ao adulto. Acredita-se que os colonizadores-chave das vias aéreas condicionam a colonização subsequente por mais de 600 espécies, algumas das quais servem para estabelecer comunidades bacterianas robustas características da saúde humana. Outros colonizadores secundários são frequentemente implicados em infecções orais e respiratórias, incluindo sinusite crônica, pneumonia e doenças periodontais. Por exemplo, a colonização infantil por Streptococcus pneumoniae é um importante fator de risco para doenças do ouvido médio na infância. As primeiras comunidades microbianas, portanto, representam os principais fatores que governam a colonização das vias aéreas por micróbios patogênicos e protetores durante o desenvolvimento do microbioma infantil. Compreender a aquisição de comunidades microbianas das vias aéreas infantis e os fatores que alteram sua composição é fundamental para a promoção da saúde humana e a prevenção de doenças das vias aéreas que representam uma carga anual de bilhões de dólares no sistema de saúde dos EUA.

Embora a troca da microbiota das vias aéreas entre mães e recém-nascidos esteja bem documentada, nenhum estudo examinou as relações intra-indivíduos entre a boca, seios nasais, nasofaringe e pulmões e a relativa abundância de táxons bacterianos nesses locais. Evidências recentes sugerem que a cavidade oral pode servir como um reservatório para patógenos que se translocam para locais não orais; micróbios associados à via oral infectam a maioria dos outros locais do corpo como evidência pelo sequenciamento 16S. No entanto, duas ressalvas tornam essa metástase bacteriana controversa. Primeiro, o fato de as bactérias orais não estarem localizadas apenas na boca, mas também em outras partes das vias aéreas, dificulta o estabelecimento de sua origem. Assim, a direção da troca microbiana entre os nichos das vias aéreas não é conhecida. Em segundo lugar, a maioria das pesquisas de RNA ribossômico 16S (rRNA) revela apenas a composição bacteriana no nível de gênero ou filo, fornecendo pouca informação sobre linhagens de cepas e se cepas individuais podem migrar entre locais. Esses dados são críticos para promover o desenvolvimento da microbiota protetora enquanto restringem o crescimento de patógenos recalcitrantes.

Uma compreensão mais completa desse tráfego começa com pesquisas aprofundadas e em nível de cepa das comunidades bacterianas presentes em cada nicho das vias aéreas logo após o nascimento e seu desenvolvimento ao longo do tempo. Como um passo nessa direção, este estudo patrocinado pelo Academic Health Center usará o sequenciamento metagenômico para avaliar a troca de cepas bacterianas específicas nas vias aéreas superiores. Nossos estudos com camundongos (explicados em outro lugar) serão complementados por um estudo de bebês com fibrose cística (FC), que representam uma população única que facilita a captura da microbiota oral, nasossinusal e pulmonar nos primeiros dois anos de vida. Usando uma combinação de swabs orais e de garganta, juntamente com sucção nasal de amostras de muco, uma abordagem de sequenciamento metagenômica será usada para caracterizar a composição das comunidades bacterianas em cada sítio anatômico. Começando no nascimento, os investigadores coletarão uma série temporal de zaragatoas de cada indivíduo e monitorarão as mudanças no desenvolvimento da microbiota ao longo do tempo. Ao fazer isso, nossos estudos iluminarão o tráfego das vias aéreas de micróbios benéficos e patogênicos e podem representar um passo fisiopatológico essencial para mudar o equilíbrio entre a saúde e a doença das vias aéreas.

PLANO EXPERIMENTAL O desenvolvimento de comunidades bacterianas das vias aéreas será monitorado em uma pequena coorte de pacientes com FC. Como os bebês com FC são monitorados desde o nascimento e rotineiramente amostrados para a microbiota das vias aéreas durante as consultas ambulatoriais de rotina como parte de seu padrão de atendimento, eles representam uma população única para monitorar o tráfego bacteriano entre as cavidades oral, nasal e pulmonar. Todos os recém-nascidos da Universidade de Minnesota (UMN) são rastreados geneticamente. Aqueles com teste positivo para CF serão confirmados usando um teste de suor de pilocarpina. Indivíduos positivos (com 2 mutações do Regulador de Condutância Transmembrana de Fibrose Cística [CFTR]) serão então amostrados durante as visitas dos participantes ao centro de tratamento de FC; em média, os bebês serão vistos todos os meses durante os primeiros 6 meses, a cada dois meses até 1 ano de idade, seguidos de visitas trimestrais ao Centro de CF da UMN (de acordo com as diretrizes da Cystic Fibrosis Foundation). Como parte do tratamento padrão, amostras nasais são coletadas por sucção a cada visita. Swabs de náilon também serão usados ​​para coletar amostras da mucosa bucal de cada bebê. Também serão obtidos swabs orofaríngeos, que são considerados um proxy preciso dos microbiomas das vias aéreas inferiores (pulmões). Com base no número de recém-nascidos com FC esperados durante o período do estudo, os investigadores planejam recrutar até 10 indivíduos. De cada bebê, até 10 zaragatoas temporais serão coletadas de cada local da via aérea (10 lactentes x 10 zaragatoas x 3 locais = 300 amostras). Os swabs serão armazenados em solução salina, congelados a -80C e processados ​​em paralelo.

O DNA será extraído de cada amostra de swab e o sequenciamento será realizado no Centro de Genômica da Universidade de Minnesota.