Los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego han desarrollado una técnica de detección microbiana tan sensible que les permite detectar tan solo 50-100 células bacterianas presentes en una superficie. Además, pueden analizar muestras de manera más eficiente:hasta cientos de muestras en un solo día
La técnica se validó mediante el muestreo de cientos de superficies en tres entornos diferentes: la instalación de ensamblaje de naves espaciales en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el Instituto de Tecnología de California; la unidad de cuidados intensivos neonatales UCIN en el Centro Médico Jacobs en UC San Diego Health; yuna instalación de cría de abulón blanco en peligro de extinción en el Southwest Fisheries Science Center de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica NOAA en La Jolla, California.
Los detalles de la técnica, llamada KatharoSeq, se publican el 13 de marzo en la revista mSystems . "Katharos" es griego para "puro", y "Seq" es la abreviatura de secuenciación. KatharoSeq ya ha revelado nuevas ideas sobre los tres sitios de prueba que podrían ayudar a optimizar cómo se ensambla el Mars 2020 Rover, cómo están las bacteriasrastreado en hospitales, y cómo el abulón blanco en peligro de extinción es criado y devuelto a la naturaleza.
"Cuanto más sepamos acerca de las comunidades microbianas en un entorno dado, es más probable que podamos remodelarlas para mejorar la salud ambiental y humana", dijo el autor principal Rob Knight, PhD, profesor de pediatría e informática e ingeniería,y director del Centro para la Innovación de Microbiomas en UC San Diego.
Esto es lo que KatharoSeq ha revelado hasta ahora :
La Instalación de Ensamblaje de Naves Espaciales en el Laboratorio de Propulsión a Chorro es donde la NASA construye naves espaciales y maquinaria para ser lanzadas al espacio. Los ingenieros y el personal deben tener en cuenta cada organismo biológico enviado al espacio para evitar la contaminación de otros planetas.
En esta parte del estudio, el equipo de Knight se preguntó si KatharoSeq podría detectar microbios en lo que se considera una instalación estéril. De los tres sitios probados, la Instalación de ensamblaje de naves espaciales tenía la menor diversidad microbiana. Pero las bacterias todavía estabanpresente - KatharoSeq detectó 32 tipos. El tipo más abundante fue Acinetobacter Iwoffi , que está asociado con el tráfico peatonal humano.
El equipo de Knight ahora trabajará con el personal del Laboratorio de Propulsión a Chorro para crear un mapa de los microbios que viven en la instalación durante los próximos seis meses, incluido el Rover Mars 2020. Su objetivo es enviar un rover estéril a Mars.
La UCIN en el Jacobs Medical Center en UC San Diego Health es relativamente nueva: el hospital especializado avanzado de 245 camas abrió en La Jolla a fines de 2016, aproximadamente cuatro meses antes de que se recolectaran muestras para este estudio. La UCIN de 52 habitaciones fuediseñado para dar a cada bebé y su familia una habitación privada, con la idea de que no solo proporcionaría una mejor experiencia al paciente, sino que también evitaría la propagación de la infección entre esta población vulnerable.
En este estudio, las muestras de la UCIN contenían más especies bacterianas que la Instalación de ensamblaje de naves espaciales, pero menos que la instalación de cría de abulón blanco. De acuerdo con otros hallazgos del hospital, los investigadores que utilizaron KatharoSeq encontraron que las bacterias estafilocócicas eran el tipo más prominente en la instalación, la mayoría de los cuales eran residentes de piel inofensivos Staphylococcus epidermidis .
La UCIN tiene dos secciones: una con mayor agudeza una mayor proporción entre el proveedor de atención médica y el paciente y otra con menor agudeza. El equipo encontró más bacterias estafilocócicas en las superficies del ala de alta agudeza, que en ese momentodel estudio se correlacionó con una tasa de cultivo más alta en esa área seis cultivos positivos en 14 salas de alta agudeza versus seis en cinco de 37 salas de baja agudeza.
Usando KatharoSeq, las superficies en una de las salas de la UCIN dieron positivo a la bacteria Serratia marcescens . Sin el conocimiento del equipo de Knight en ese momento, el bebé que se quedó en esa habitación había tenido una infección pulmonar con esa bacteria. Pero notaron que la bacteria estaba ausente de las habitaciones a ambos lados, lo que respalda la suposición de que las habitaciones privadas de pacientes proporcionanbarrera a la infección.
"Todos los hospitales tienen bacterias", dijo Knight. "Pero este es el tipo de información que aún no tenemos: qué bacterias se encuentran dónde y por cuánto tiempo. El monitoreo de patógenos actualmente requiere tomar muestras de los pacientes y enviarlaspara ser cultivado, donde los técnicos de laboratorio esperan para ver qué bacterias crecen en una placa de Petri. Ser capaz de monitorear y predecir patógenos mediante el muestreo no invasivo de rutina del entorno construido y la secuencia para identificar las bacterias, en lugar de esperar a que crezcan los cultivos, podríaser un enfoque útil para identificar posibles puntos críticos de transmisión que actualmente se desconocen "
En el futuro, el coautor Jae Kim, MD, profesor clínico asociado de pediatría y nutrición, director médico del Programa de Apoyo a la Nutrición Infantil Prematura, y su equipo esperan investigar las intervenciones probióticas en la UCIN. Quieren saber si tratan pacientescon bacterias beneficiosas podría ayudar a prevenir la colonización con bacterias patógenas con el tiempo, tanto en el paciente como en el entorno construido de la habitación.
El Southwest Fisheries Science Center de NOAA cría un abulón blanco en peligro de extinción para ayudar a restablecer sus poblaciones en la naturaleza. Estos mariscos fueron el primer invertebrado marino agregado a la lista de especies en peligro de extinción, a fines de la década de 1990. Dado que sus poblaciones han disminuido en parte debido a unsíndrome de marchitamiento causado por un tipo de Rickettsia bacterias, el control de infecciones es de vital importancia para la instalación de cría, particularmente cuando el abulón se transfiere desde otros acuarios. El tanque de abulón blanco recibe agua de mar que ha sido tratada y filtrada con UV.
En este estudio, KatharoSeq detectó una comunidad microbiana diversa en los tanques de abulón blanco. Los investigadores encontraron muchos tipos de bacterias marinas, incluidas especies simbióticas que pueden ayudar a los peces a digerir las algas. El abulón blanco tenía más bacterias en común con su entorno circundanteque con el abulón rojo cercano. Pero los investigadores no detectaron ninguno de los problemas Rickettsia . En adelante, el equipo de Knight espera trabajar con la instalación de cría para determinar la composición microbiana óptima del abulón blanco y su entorno para mejorar el éxito del trasplante.
"Cuando se trata de la salud humana y ambiental, estéril no es necesariamente mejor", dijo el coautor Russ Vetter, científico principal del Centro de Ciencias Pesqueras NOAA Southwest Fisheries. "Queremos comparar el abulón salvaje y el acuario criado, y mejorentendemos cómo las bacterias residentes de un abulón criado en acuario los ayudan o lesionan una vez que se liberan al océano. ¿Necesitan un baño de probióticos antes de su liberación, o necesitarán una dieta diferente para ayudar a prepararlos? Todavía no lo sabemos ".
Detalles técnicos . El primer autor de este estudio, Jeremiah Minich, un estudiante graduado que trabaja en su tesis en el laboratorio de Knight y en el laboratorio de Eric E. Allen, PhD, profesor asociado en la Institución de Oceanografía Scripps de la Universidad de California en San Diego, tomó muestras de cada uno de estossitios mientras usaba batas protectoras y guantes para evitar la contaminación involuntaria de los ambientes. Tomó las muestras de vuelta al laboratorio en hielo seco, luego las procesó a través del típico protocolo de secuenciación de ADN microbiano: extraer ADN de las muestras, amplificar códigos de barras específicos para microbios"conocido como 16S rRNA utilizando una técnica llamada reacción en cadena de la polimerasa PCR, ejecutarlos a través de un secuenciador y analizar los datos.
Lo nuevo en KatharoSeq es que Minich integró una estrategia de agrupación de muestras, controles positivos y negativos apropiados, extracción de ADN de alto rendimiento y un enfoque de limpieza de ADN basado en cuentas magnéticas. La mayoría de los investigadores pasan sus muestras a través de un filtro en una columna parapurifique el ADN antes de la secuenciación, pero Minich y su equipo descubrieron que gran parte del material se pierde inadvertidamente de esa manera. Con KatharoSeq, los investigadores mejoraron su nivel de detección microbiana en aproximadamente dos órdenes de magnitud y aumentaron la velocidad a la que pueden procesar muestras aproximadamente cincoveces, en comparación con los métodos estándar de muestreo y secuenciación.
"Podemos obtener resultados tan rápido como 48 horas después de recibir una muestra biológica", dijo Minich. "Y creemos que podríamos hacerlo aún más rápido una vez que lo ampliemos e incorporemos más automatización en el proceso KatharoSeq".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Heather Buschman, PhD. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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