Diversidad genética de C. difficile, un patógeno particularmente problemático

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Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego y la Facultad de Ingeniería Jacobs, junto con colegas de la Facultad de Medicina de Baylor, han utilizado un enfoque de biología de sistemas para analizar la diversidad genética de Clostridioides difficile, un patógeno particularmente problemático en entornos de atención médica.

Los Centros para el Control de Enfermedades estiman que la bacteria causa aproximadamente 500.000 infecciones en los Estados Unidos anualmente, con diarrea severa y colitis (inflamación del colon) como síntomas característicos.

Los hallazgos de los investigadores se publican en la edición en línea del 27 de abril de 2022 de PNAS.

C. difficile es la causa más dominante de infecciones hospitalarias, en parte por el uso de antibióticos, que pueden matar suficientes bacterias saludables para permitir que C. difficile crezca sin control. Las infecciones son particularmente peligrosas en las personas mayores. Una de cada 11 personas mayores de 65 años que son diagnosticadas con un caso de C. difficile asociado al hospital mueren dentro de un mes, informa el CDC.

“C. diff es persistente y omnipresente”, dijo el autor principal Jonathan M. Monk, PhD, científico investigador en el Grupo de Investigación de Biología de Sistemas en UC San Diego, dirigido por Bernhard O. Palsson, PhD, profesor de bioingeniería y profesor adjunto. en la Facultad de Medicina de la UC San Diego. “No causa la diarrea típica. La mayoría de las personas se recuperan, pero algunas se enferman gravemente, requieren hospitalización y algunas mueren por complicaciones como insuficiencia renal o sepsis”.

Para comprender mejor las características genéticas de C. difficile y, por lo tanto, desarrollar modelos que puedan identificar y predecir su evolución compleja y constante, los investigadores utilizaron la secuenciación del genoma completo, la detección fenotípica de alto rendimiento y el modelado metabólico de 451 cepas bacterianas.

Estos datos se usaron para construir un “pangenoma” o conjunto completo de genes representativos de todas las cepas conocidas de C. difficile, a partir del cual identificaron 9924 grupos de genes distintos, de los cuales 2899 se consideraron centrales (que se encuentran en todas las cepas) mientras que 7025 fueron “accesorio” (presente en algunas cepas pero ausente en otras).

Utilizando un nuevo método de tipificación, clasificaron 176 grupos de cepas genéticamente distintos.

“La tipificación por genoma accesorio permite el descubrimiento de genes recién adquiridos en genomas de patógenos que, de otro modo, podrían pasar desapercibidos con los métodos de tipificación estándar”, dijo la coautora Jennifer K. Spinler, PhD, instructora de patología e inmunología en el Baylor College of Medicamento. “Esto podría ser fundamental para comprender qué impulsa un brote y cómo combatir su propagación”.

Treinta y cinco cepas que representan el conjunto general se perfilaron experimentalmente con 95 fuentes de nutrientes diferentes, revelando 26 perfiles de crecimiento distintos. Luego, el equipo construyó 451 modelos de metabolismo a escala del genoma de cepas específicas para producir computacionalmente diversidad de fenotipos en 28 864 condiciones únicas. Los modelos pudieron predecir correctamente el crecimiento en el 76 por ciento de los casos medidos.

“Uno de los puntos fuertes del trabajo presentado es la cohesión de distintos tipos de datos biológicos en marcos integrales de biología de sistemas que permiten el análisis a escala”, dijo el primer autor Charles J. Norsigian, PhD, científico de datos en el Grupo de Investigación de Biología de Sistemas. “Al interpretar las cepas de C. difficile en un contexto de población, pudimos sacar a la luz las características pertinentes de las cepas con respecto al nicho de nutrientes, los factores de virulencia y los determinantes de la resistencia a los antimicrobianos que de otro modo podrían no haberse detectado”.

Los coautores incluyen: Bernhard O. Palsson, UC San Diego; Heather A. Danhof, Colleen K. Brand, Firas S. Midani, Robert A. Britton y Tor C. Savidge, Facultad de Medicina de Baylor; y Jared T. Broddrick y Jennifer K. Spinier, Centro de Investigación Ames de la NASA.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de California – San Diego. Original escrito por Scott LaFee. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.

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