Una nueva metodología de prueba basada en la metagenómica podría acelerar el diagnóstico de brotes bacterianos transmitidos por los alimentos, permitiendo a los funcionarios de salud pública identificar a los culpables microbianos en menos de un día. La metodología también podría identificar coinfecciones con microbios secundarios, determinar la variante específica deel patógeno y ayuda a alertar a los funcionarios de salud sobre la presencia de patógenos nuevos o inusuales.
Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades CDC de EE. UU. Compararon recientemente la nueva metodología con los métodos tradicionales basados en cultivos con muestras de dos brotes graves de Salmonella , un patógeno común transmitido por los alimentos. El enfoque metagenómico, que se basa en la secuenciación de ADN y el análisis bioinformático de los datos de secuenciación resultantes, no solo identificó correctamente al culpable bacteriano, sino que también encontró una posible coinfección con un segundo patógeno importante, estafilococo .
El uso generalizado de la nueva metodología de metagenómica de escopeta podría mejorar la vigilancia de enfermedades en tiempo real, proporcionar una mejor imagen cuantitativa de la abundancia de patógenos y ayudar a los científicos y médicos a comprender la respuesta del microbioma natural del cuerpo. Con el apoyo de los CDC y la National Science Foundation,la investigación se informó el 23 de noviembre en la revista Microbiología Aplicada y Ambiental .
"Cuando recibimos las muestras, podemos pasar directamente a caracterizarlas secuenciando los genomas de los microbios que están en la muestra sin esperar las técnicas de cultivo convencionales", explicó Kostas Konstantinidis, profesor asociado de Carlton Wilder en Georgia Tech School.de Ingeniería Civil y Ambiental. "Mediante el análisis computacional, podemos decir qué es el patógeno e identificar la variante, sus factores de virulencia, incluso qué antibiótico podría ser efectivo contra él. Eso generalmente se puede hacer en un solo día".
Las técnicas convencionales utilizadas para identificar las bacterias transmitidas por los alimentos implican el cultivo de los microbios para aumentar los números necesarios para la detección. Esto lleva tiempo, hasta dos o tres días, y algunas bacterias no crecen en los medios de cultivo tradicionales y podrían pasarse por alto. PolimerasaLa reacción en cadena PCR también se puede utilizar para identificar bacterias patógenas, pero también se basa en aislar los microbios desconocidos de un cultivo.
La tecnología de metagenómica ya se ha utilizado para analizar el contenido microbiano de todo, desde ecosistemas lacustres hasta agua potable en tuberías. La evaluación de muestras de brotes bacterianos separados en Alabama y Colorado es una de las primeras aplicaciones de la metodología para diagnosticar bacterias transmitidas por alimentos.
"Las muestras de heces son muy complejas y contienen muchos ADN diferentes de humanos, bacterias saludables y los alimentos que comiste", explicó Andrew Huang, Ph.D., un microbiólogo / bioinformático en la rama del Laboratorio de Enfermedades Entéricas de los CDC ". El procesogenerar la huella digital de ADN de la bacteria directamente de las heces de un paciente enfermo es como encontrar una aguja en un pajar de todo tipo de ADN. Debido a esto, el uso de la metagenómica para la detección de enfermedades se encuentra en las primeras etapas de investigación y desarrollo., este estudio muestra el potencial de usar las heces de personas sanas y enfermas directamente para determinar quién está involucrado en un brote, lo que revolucionará la forma en que detectamos y controlamos las enfermedades transmitidas por los alimentos en el futuro ".
Metagenomics identifica los microbios presentes mediante la secuenciación de todo el ADN presente en una muestra y compara los datos genómicos con una base de datos de microbios conocidos. Además de identificar las bacterias presentes en las muestras, la metodología también puede medir la abundancia relativa de cada unoespecies microbianas y su potencial de virulencia, entre otras cosas.
"Actualmente, el método de huellas dactilares de ADN más avanzado, la secuenciación del genoma completo, requiere primero extraer o aislar en un cultivo puro, las bacterias que enfermaron a una persona para generar una huella digital", dijo Huang, quien codirige un grupotrabajando en cultivos independientes y subtipos de metagenómica ". La metagenómica difiere de la secuenciación del genoma completo porque podría permitirnos secuenciar todo el ADN en la muestra de un paciente. Nos podría permitir omitir los pasos de aislamiento y pasar directamente de una muestra de heces a una muy detalladaHuella digital de ADN de la bacteria que lo enfermó. Este método ahorra tiempo y proporciona más detalles que podrían ser útiles para diagnosticar a un paciente e identificar un brote ".
En los dos brotes de 2013 investigados, la técnica de diagnóstico tradicional y la metodología de metagenómica llegaron a las mismas respuestas, pero los datos de metagenómica proporcionaron información específica sobre el fenotipo bacteriano involucrado e identificaron un secundario Staphylococcus aureus patógeno presente en dos de las muestras analizadas. Conocer el fenotipo específico puede ayudar a identificar los orígenes de un brote, mientras que la información sobre la infección secundaria puede ayudar a explicar factores relacionados, como la gravedad de la infección.
Los científicos también pudieron descartar una especie - Escherichia coli o E. coli - porque la variante presente no era de tipo virulento.Las variantes de esta bacteria están presentes naturalmente en el microbioma intestinal llamado "comensal" E. coli " mientras que otras variantes son patógenos entéricos notorios. La metagenómica mostró la abundancia E. coli la población en las muestras de brotes probablemente fue comensal, y su crecimiento puede haberse acelerado cuando las condiciones se volvieron más favorables durante el Salmonella infección. En los dos casos evaluados, los científicos pudieron determinar que aunque los síntomas fueron similares, los brotes fueron causados por diferentes variantes de Salmonella y, por lo tanto, probablemente no estaban conectados
Hasta la mitad de los brotes de enfermedades transmitidas por alimentos nunca se atribuyen a una fuente. Esos brotes pueden ser causados por nuevos agentes infecciosos o por microbios que no se ven comúnmente en los alimentos. La metodología metagenómica podría ayudar a identificar microbios desconocidos, lo que podría proporcionar una advertencia anticipada denuevos brotes.
"Sin pasar por métodos de cultivo, podemos ver todos los microbios que están en la muestra", dijo Konstantinidis. "Podemos obtener esta información en un día más o menos, lo cual es bastante importante para seleccionar el antibiótico adecuado paracombatir la infección, controlar el brote y trabajar con los productores de alimentos para recordar los elementos que causaron el brote. Cuanto antes tengamos la respuesta, mejor ".
Aunque el estudio confirmó los beneficios esperados, se deben abordar dos desafíos antes de que el nuevo enfoque pueda entrar en uso generalizado, dijo Konstantinidis.
El primero es el costo, que puede ser significativamente más alto que los enfoques tradicionales, lo que sugiere que la prueba de metagenómica podría usarse primero en casos complicados. El segundo desafío es eliminar el ADN humano de las muestras. Todo el ADN debe secuenciarse, pero el humanoEl ADN puede representar hasta el 99 por ciento de los datos genómicos, por lo que eliminarlo de la consideración podría acelerar el análisis.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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