Pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram uma técnica de detecção microbiana tão sensível que lhes permite detectar apenas 50-100 células bacterianas presentes em uma superfície. O que mais, eles podem testar amostras com mais eficiência - até centenas de amostras em um único dia.

A técnica foi validada por amostragem de centenas de superfícies em três ambientes diferentes:Spacecraft Assembly Facility no Jet Propulsion Laboratory da NASA no California Institute of Technology; a unidade de terapia intensiva neonatal (NICU) no Jacobs Medical Center na UC San Diego Health; e uma instalação de criação de abalone branco ameaçada de extinção no Centro de Ciências Pesqueiras do Sudoeste da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA) em La Jolla, Na Califórnia

Detalhes da técnica, chamado KatharoSeq, são publicados em 13 de março na revista mSystems . ("Katharos" é grego para "puro, "e" Seq "é a abreviação de sequenciamento.) KatharoSeq já revelou novos insights sobre os três locais de teste que podem ajudar a otimizar como o Mars 2020 Rover é montado, como as bactérias são rastreadas em hospitais, e como os abalones brancos, ameaçados de extinção, são criados e devolvidos à natureza.

"Quanto mais sabemos sobre as comunidades microbianas em um determinado ambiente, o mais provável é que possamos remodelá-los para melhorar a saúde ambiental e humana, "disse o autor sênior Rob Knight, PhD, professor de pediatria e ciência da computação e engenharia, e diretor do Center for Microbiome Innovation da UC San Diego.

Aqui está o que o KatharoSeq revelou até agora:

A instalação de montagem da nave espacial no laboratório de propulsão a jato é onde a NASA constrói espaçonaves e maquinários para serem lançados ao espaço. Os engenheiros e a equipe devem prestar contas de cada organismo biológico enviado ao espaço para evitar a contaminação de outros planetas.

Nesta parte do estudo, A equipe de Knight se perguntou se o KatharoSeq seria capaz de detectar micróbios no que se pensava ser uma instalação estéril. Dos três sites testados, as instalações de montagem da nave espacial tiveram a menor diversidade microbiana. Mas as bactérias ainda estavam presentes - o KatharoSeq detectou 32 tipos. O tipo mais abundante era Acinetobacter Iwoffi , que está associado ao tráfego de pés humanos.

A equipe de Knight agora trabalhará com a equipe do Laboratório de Propulsão a Jato para criar um mapa dos micróbios que vivem nas instalações nos próximos seis meses, incluindo o Mars 2020 Rover. Seu objetivo é enviar um rover estéril a Marte.

A NICU do Jacobs Medical Center da UC San Diego Health é relativamente novo - o hospital especializado avançado com 245 leitos foi inaugurado em La Jolla no final de 2016, cerca de quatro meses antes das amostras serem coletadas para este estudo. A UTIN de 52 quartos foi projetada para dar a cada bebê e sua família um quarto privativo, com a ideia de que não só proporcionaria uma melhor experiência ao paciente, mas também prevenir a propagação da infecção entre esta população vulnerável.

Neste estudo, as amostras de NICU continham mais espécies bacterianas do que as instalações de montagem da nave espacial, mas menos do que a instalação de criação de abalone branco. Consistente com outras descobertas do hospital, os pesquisadores usando KatharoSeq descobriram que as bactérias estafilocócicas eram o tipo mais proeminente na instalação, a maioria dos quais eram os residentes de pele inofensivos Staphylococcus epidermidis .

A UTIN tem duas seções - uma com maior acuidade (maior proporção de profissionais de saúde para paciente) e outra com menor acuidade. A equipe encontrou mais bactérias estafilocócicas nas superfícies da asa de alta acuidade, que no momento do estudo se correlacionava com uma taxa de cultura mais alta naquela área (seis culturas positivas em 14 salas de alta acuidade, vs. seis em cinco das 37 salas de baixa acuidade).

Usando KatharoSeq, superfícies em uma das salas da NICU testaram positivo para a bactéria Serratia marcescens . Sem o conhecimento da equipe de Knight na época, a criança que ficava naquele quarto tinha uma infecção pulmonar com aquela bactéria. Mas eles notaram que as bactérias estavam ausentes nas salas de ambos os lados, apoiando a suposição de que quartos privados de pacientes oferecem uma barreira à infecção.

“Todos os hospitais têm bactérias, "Knight disse." Mas este é o tipo de informação que ainda não temos - quais bactérias são encontradas onde, e por quanto tempo. O monitoramento de patógenos atualmente exige a coleta de amostras de pacientes e o envio delas para cultura, onde os técnicos de laboratório esperam para ver quais bactérias crescem em uma placa de Petri. Ser capaz de monitorar e prever patógenos de rotina, amostragem não invasiva do ambiente construído e sequenciamento para identificar as bactérias, em vez de esperar que as culturas cresçam, pode ser uma abordagem útil para identificar potenciais pontos de acesso de transmissão que são atualmente desconhecidos. "

No futuro, co-autor Jae Kim, MD, professor clínico associado de pediatria e nutrição, diretor médico do Programa de Apoio à Nutrição de Bebês Prematuros, e sua equipe espera investigar intervenções probióticas na UTIN. Eles querem saber se o tratamento de pacientes com bactérias benéficas pode ajudar a prevenir a colonização por bactérias patogênicas ao longo do tempo, tanto no paciente quanto no ambiente construído da sala.

Southwest Fisheries Science Center da NOAA cria abalone branco ameaçado de extinção para ajudar a restabelecer suas populações na natureza. Esses moluscos foram os primeiros invertebrados marinhos adicionados à lista de espécies ameaçadas de extinção - no final da década de 1990. Uma vez que suas populações diminuíram em parte devido a uma síndrome de definhamento causada por um tipo de Rickettsia bactérias, o controle de infecção é de vital importância para a instalação de criação, particularmente quando os abalone são transferidos de outros aquários. O tanque de abalone branco recebe água do mar que foi tratada com UV e filtrada.

Neste estudo, KatharoSeq detectou uma comunidade microbiana diversa nos tanques de abalone branco. Os pesquisadores encontraram muitos tipos de bactérias marinhas, incluindo espécies simbióticas que podem ajudar os peixes a digerir algas. O abalone branco tinha mais bactérias em comum com o ambiente circundante do que com o abalone vermelho próximo. Mas os pesquisadores não detectaram nenhum dos problemas Rickettsia . Daqui para frente, A equipe de Knight espera trabalhar com as instalações de criação para determinar a composição microbiana ideal do abalone branco e seu ambiente circundante para melhorar o sucesso do transplante.

“Quando se trata de saúde humana e ambiental, estéril não é necessariamente melhor, "disse o co-autor Russ Vetter, um cientista sênior do NOAA Southwest Fisheries Science Center. "Queremos comparar abalone selvagem e criado em aquário, e entender melhor como as bactérias residentes de um abalone criado em aquário os ajudam ou prejudicam, uma vez que são liberados no oceano. Eles precisam de um banho de probiótico antes da liberação, ou uma dieta diferente para ajudar a prepará-los? Não sabemos ainda. "

Detalhes técnicos . O primeiro autor deste estudo, Jeremiah Minich, um estudante de graduação trabalhando em sua tese no laboratório de Knight e no laboratório de Eric E. Allen, PhD, professor associado da UC San Diego Scripps Institution of Oceanography, esfregou cada um desses locais enquanto usava avental de proteção e luvas para evitar a contaminação não intencional dos ambientes. Ele levou as amostras de volta ao laboratório em gelo seco, em seguida, executou-os através do protocolo de sequenciamento de DNA microbiano típico:extrair DNA das amostras, amplificar "códigos de barras" específicos para micróbios, conhecidos como rRNA 16S, usando uma técnica chamada reação em cadeia da polimerase (PCR), execute-os em um sequenciador e analise os dados.

O que há de novo no KatharoSeq é que Minich integrou uma estratégia de amostragem, controles positivos e negativos apropriados, extração de DNA de alto rendimento e uma abordagem de limpeza de DNA baseada em esferas magnéticas. A maioria dos pesquisadores passa suas amostras por um filtro em uma coluna para purificar o DNA antes do sequenciamento, mas Minich e sua equipe descobriram que muito material é perdido inadvertidamente dessa forma. Com KatharoSeq, os pesquisadores melhoraram seu nível de detecção microbiana em cerca de duas ordens de magnitude e aumentaram a taxa na qual eles podem processar amostras em cerca de cinco vezes, em comparação com métodos de amostragem e sequenciamento padrão.

"Podemos obter resultados em 48 horas após o recebimento de uma amostra biológica, "Minich disse." E achamos que poderíamos fazer isso ainda mais rápido, uma vez que aumentássemos a escala e incorporássemos mais automação ao processo KatharoSeq. "