nSeP: detecção de sepse neonatal por análise de rede imunometabólica (nSeP)

Vários estudos mostraram que alterações na expressão gênica do hospedeiro podem ocorrer pré-sintomaticamente em resposta à infecção em qualquer parte do corpo, com a interação contínua entre sangue e tecido permitindo que as células sanguíneas atuem como biossensores para as alterações (Manger e Relman, 2000 , Liew e outros, 2006). A ampla análise do genoma revela a expressão coordenada que desenvolve redes causalmente ligadas por meio de caminhos.

Estudos anteriores do nosso grupo investigando métodos ideais para a amostragem e extração de produtos de transcrição total (RNA) neonatais demonstraram os primeiros estudos de viabilidade para o uso da análise de RNA do genoma como uma abordagem metodológica para identificar biomarcadores hospedeiros de infecção e vacinação no início da vida (Smith et al., 2007, Flanagan et al., 2013). Os métodos de amostragem foram ainda mais refinados em 2015 com o desenvolvimento de uma metodologia de gota única que foi extensivamente testada em uma ampla variedade de ambientes, incluindo a coleta de amostras neonatais em casa, no ponto de teste do pezinho por parteiras. Detalhes desses métodos foram recentemente submetidos à revista Nature Protocols. Além disso, realizamos ensaios clínicos virtuais iniciais usando uma estrutura de supercomputação que simulou várias amostras de sangue total neonatal de 100.000 para prever infecções (Khondoker et al., 2010). Essas investigações mostraram a necessidade de múltiplos marcadores e, idealmente, em vias biológicas discretas que sustentam a causalidade (Khondoker et al., 2010, Watterson e Ghazal, 2010). Essas investigações forneceram uma base sólida para iniciar um controle de caso de sepse neonatal (Dickinson et al., 2015). Assim, fomos o primeiro grupo a publicar estudos investigando a resposta imune sistêmica em recém-nascidos à sepse, medindo a atividade de todos os genes humanos conhecidos (Smith et al Nature comm. 2014). Essas investigações computacionalmente intensivas levaram à descoberta, pela primeira vez, da biologia da via subjacente à sepse neonatal com amostras de sangue coletadas nos primeiros sinais clínicos de suspeita de infecção. Uma combinação de aprendizado de máquina, análise estatística e biologia profunda levou à identificação de um painel de 52 genes de módulos de rede biologicamente conectados. Os módulos compreendem três vias centrais, imune inata ou inflamatória, imune adaptativa e inesperadamente metabólica. Os níveis de expressão de combinações particulares de biomarcadores, e especificamente aqueles de uma via anteriormente desconectada das respostas imunes, fornecem uma qualidade diagnóstica excepcionalmente alta. Apesar da heterogeneidade do paciente, a rede dupla de biomarcadores de 52 nós teve precisão superior a 99% para detectar infecção bacteriana com sensibilidade de 100%, mostrando desempenho superior aos marcadores previamente caracterizados. Além disso, essas combinações específicas de biomarcadores permitiram a detecção de sepse neonatal em amostras que apresentaram resultados negativos de hemocultura, ilustrando os benefícios diagnósticos específicos das combinações particulares de biomarcadores. Os valores inesperadamente altos de precisão e sensibilidade não poderiam ter resultado da investigação de qualquer um dos biomarcadores individuais sozinhos, nem poderiam ter sido previstos. Uma parte crítica desses achados é a exigência de vias metabólicas para aumentar tanto a sensibilidade quanto a especificidade. Um subconjunto de marcadores metabólicos abrange ligantes (especificamente ácidos graxos de cadeia pequena e média) que são derivados do metabolismo microbiano, em particular de comensais e que são refletidos no microbioma fecal. Até o momento, esses estudos fornecem uma prova de conceito, mas precisam de estudos confirmatórios independentes, além de investigar a especificidade contra infecções não bacterianas (virais e fúngicas) e inflamação estéril. A questão médica urgente não respondida é se as vias preditivas de infecção do hospedeiro podem ser usadas para identificar primeiro se um paciente está infectado na apresentação clínica ou antes dela e, para discriminar ainda mais entre o tipo de infecção (em particular bacteriana ou viral) e a previsibilidade da sepse.