Estudo metagenómico em derrame parapneumónico

O derrame parapneumônico (DPP) é um problema clínico comum e grave. Entre os pacientes que sofrem de pneumonia adquirida na comunidade, até 57% deles desenvolveriam derrame parapneumônico (PPE) e 7,2% desenvolveriam derrame parapneumônico complicado (CPPE) e empiema. As duas últimas, conhecidas coletivamente como infecção pleural, estão associadas a longa permanência hospitalar, altas taxas de internação em Unidade de Terapia Intensiva, morbidade e mortalidade graves.

A pedra angular do tratamento da infecção pleural é a administração oportuna de antibióticos apropriados e drenagem adequada do líquido pleural. No entanto, a escolha inicial dos antibióticos é quase sempre empírica, podendo ser ajustada apenas com o retorno de resultados microbiológicos positivos do líquido pleural ou amostras relevantes. De fato, o entendimento inadequado da bacteriologia local, padrão de resistência a medicamentos e a falta de orientação local sobre a cobertura empírica de antibióticos para infecção pleural levaram a um comportamento heterogêneo de prescrição de antibióticos, que é um fator de risco significativo para o surgimento de resistência a medicamentos (por exemplo, aumento incidência de Staphylococcus aureus resistente à meticilina), complicações de terapias antibióticas (por exemplo, infecções por Clostridium difficile) e resultados adversos do paciente.

A cultura convencional de derrame pleural tem sido considerada uma parte essencial do algoritmo de tratamento, mas traz duas desvantagens críticas que podem limitar o atendimento clínico:

1. Longo tempo de resposta Embora os resultados da coloração de Gram geralmente estejam disponíveis em um dia, os resultados finais da cultura e o padrão de sensibilidade antimicrobiana só retornam após até cinco dias. Caso a infecção pleural não esteja sob controle enquanto se aguarda o resultado da cultura, os médicos escalam cegamente a cobertura de antibióticos ou procedem a intervenções pleurais adicionais, que podem ser evitadas se os resultados microbiológicos estiverem disponíveis precocemente. O retorno tardio do padrão de sensibilidade às drogas pode levar ao uso inicial de antibióticos discordantes, o que ocorreu em 17 a 24% dos pacientes em duas coortes locais
2. A cultura negativa do líquido pleural é comum na infecção pleural Até 40% do líquido pleural na infecção pleural não revelou qualquer microorganismo pela cultura convencional, devido a uma falha na cultura de organismos fastidiosos e no tratamento com antibióticos antes da amostragem do líquido pleural. Nosso grupo de estudo descobriu que 88% dos pacientes com empiema receberam antibióticos empíricos antes de qualquer intervenção pleural, o que refletiu a prática do mundo real. Embora a inoculação de líquido pleural em um frasco de hemocultura possa aumentar o rendimento da cultura na infecção pleural em 20%, ainda está longe de ser satisfatória na prática clínica. Além disso, o exame microbiológico de amostras não respiratórias frequentemente não é informativo. Assim, o uso de antibióticos ao longo do tratamento é puramente empírico naqueles pacientes com infecção pleural com cultura negativa. Para superar esse problema e a natureza frequentemente polimicrobiana das infecções, agentes de amplo espectro são atualmente recomendados. Pelo contrário, a falta de informação da cultura bacteriana com cobertura antibiótica inadequada tem sido associada a um aumento da taxa de mortalidade.

Estudos moleculares sem cultura têm sido aplicados para superar as insuficiências da cultura convencional na última década, para caracterizar o espectro de bactérias na infecção pleural e o padrão de resistência a antibióticos em um curto período de tempo e informar decisões clínicas corretas. O sequenciamento Multiplex PCR (reação em cadeia da polimerase) com um painel de pneumonia é capaz de identificar as bactérias comumente envolvidas na pneumonia. No entanto, a etiologia da infecção pleural não é completamente uma réplica da pneumonia adquirida na comunidade e, portanto, limita sua utilidade. O sequenciamento do gene do ácido ribonucléico ribossomal (rRNA) 16S supera o método de cultura convencional ao identificar mais bactérias, especialmente anaeróbias, no líquido pleural. Ele fornece uma solução econômica e de alto rendimento para rastrear a comunidade da microbiota em busca de amostras clínicas com baixa biomassa bacteriana e/ou alta contaminação genômica do hospedeiro. No entanto, tem uma limitação na detecção do microbioma no nível da espécie e pode introduzir vieses de PCR que mascaram a verdadeira composição da comunidade. Dyrhovden R et al realizou a primeira análise de sequenciamento metagenômico na Noruega para compreender o espectro da bacteriologia no empiema confirmado. Eles identificaram 385 detecções bacterianas, enquanto a cultura detectou 38 (10%) e o sequenciamento baseado em PCR/Sanger do gene 16S rRNA detectou 87 (23%) em 64 pacientes com empiema. Tais achados confirmam a desvantagem do método de cultura convencional e a necessidade de cobertura mais ampla de antibióticos para o tratamento da infecção pleural. No entanto, este estudo metagenômico foi de natureza retrospectiva, abrangeu apenas pacientes com empiema e não refletiu todo o espectro de infecção pleural. Chen et al empregaram um estudo de sequenciamento metagenômico com análise funcional e identificaram dois grupos distintos de microbiomas na infecção pleural, Staphylococcus aureus como a espécie principal (tipo HA-SA) e uma comunidade microbiana mais diversa (tipo LA-SA), que é diferente de o padrão bacteriológico usual encontrado em estudos de Hong Kong. Eles também identificaram o resistoma de bactérias, incluindo tetraciclina e resistência a beta-lactâmicos, o que é importante para orientar o esquema antibiótico adequado na fase inicial do tratamento. A interpretação desses dois estudos foi limitada porque os autores não correlacionaram os resultados microbiológicos com os resultados clínicos dos pacientes. Recentemente, Kanellakis et al confirmaram a natureza predominantemente polimicrobiana da infecção pleural por análise de sequenciamento metagenômico 16S rRNA, com um espectro bacteriano diverso. Eles também identificaram um espectro bacteriológico distinto em casos polimicrobianos e monomicrobianos e correlacionaram a bacteriologia com os resultados clínicos.

Dado o fato de que podem existir diferenças geográficas na bacteriologia da infecção pleural e estudos anteriores não traduziram as modernas tecnologias de sequenciamento molecular para refinar o uso inicial de antibióticos, um estudo prospectivo local ligando os achados laboratoriais e clínicos usando métodos de sequenciamento metagenômico mais amplo é desejado. Nossa hipótese é que o amplicon do gene 16S rRNA e o sequenciamento metagenômico shotgun tem uma maior taxa de detecção de bactérias no líquido pleural e identificação de padrões de resistência a antibióticos do que a cultura convencional em pacientes com infecção pleural. Os resultados dos dois métodos de sequenciamento molecular são complementares e podem orientar o tratamento antibiótico inicial, minimizar o surgimento de resistência a medicamentos, correlacionar o espectro microbiológico com os resultados clínicos e preparar um estudo em larga escala em todo o território, incorporando a tecnologia molecular ao manejo da infecção pleural. O curto tempo de resposta também torna essa tecnologia atraente para os médicos e, em última análise, beneficia o paciente, melhorando a qualidade do atendimento. Como o desempenho diagnóstico, os requisitos técnicos e o custo dos dois métodos de sequenciamento molecular são diferentes, este estudo fornecerá informações fundamentais e orientará seu uso em ambientes clínicos.

A patogênese da infecção pleural adquirida na comunidade é controversa. A crença convencional de transmigração de bactérias através do parênquima pulmonar para a cavidade pleural foi contestada por (1) diferentes espectros de patógenos causadores de pneumonia e infecção pleural, (2) ausência de evidência radiológica de pneumonia e (3) anaeróbios são frequentemente encontrados na cultura do líquido pleural, mas são incomuns no parênquima pulmonar normal devido à alta tensão de oxigênio. Portanto, entender a fonte final de patógenos e entender sua rota de entrada no espaço pleural é uma etapa crítica na prevenção e tratamento da infecção pleural. Atualmente, há evidências muito limitadas associando a microbiota no líquido pleural da infecção pleural e aquelas na cavidade oral e no trato gastrointestinal.

O objetivo do estudo é caracterizar todo o espectro de bactérias causadoras de infecção pleural e comparar o desempenho diagnóstico de identificação dos patógenos entre cultura convencional, amplicon do gene 16S rRNA e sequenciamento metagenômico shotgun. O padrão de resistência antimicrobiana das bactérias causadoras, os resultados clínicos da infecção pleural também serão comparados entre os grupos conforme categorizados pelo padrão de bacteriologia identificado por diferentes métodos.