Cepas de Bordetella pertussis com aumento da produção de toxinas associadas ao ressurgimento da coqueluche
- Vlog da Ro
- 23 de jun.
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Resumo
A coqueluche (pertussis) era uma das principais causas de mortalidade infantil antes da vacinação na década de 1940, mas ressurgiu em países altamente vacinados na década de 1990, tornando-se a doença prevenível por vacinação mais prevalente em países industrializados.
O ressurgimento drástico da coqueluche na Holanda está associado temporalmente ao surgimento de cepas de Bordetella pertussis com um novo alelo para o promotor da toxina pertussis (Ptx), conferindo maior produção dessa toxina.
Os resultados sugerem que a vacinação pode selecionar cepas com maior virulência, destacando a importância da Ptx na transmissão e indicando formas de controlar a coqueluche de forma mais eficaz.
Introdução
A coqueluche, causada pela Bordetella pertussis, é uma doença respiratória grave, especialmente em bebês, e apesar da vacinação infantil generalizada ter reduzido a incidência, ela continua entre as 10 principais causas globais de morte em crianças.
O ressurgimento da doença em populações altamente vacinadas na década de 1990 foi atribuído a vários fatores, incluindo o declínio da imunidade induzida pela vacina e a adaptação do patógeno, com evidências de divergência antigênica entre cepas vacinais e isolados clínicos.
O estudo investigou o polimorfismo no promotor da Ptx (ptxP), um fator de virulência importante e componente de todas as vacinas, fornecendo evidências de que a expansão de cepas com aumento na produção de Ptx contribuiu para o ressurgimento da coqueluche na Holanda.
Métodos
A coqueluche se tornou uma doença de notificação obrigatória na Holanda em 1976, com os dados submetidos online pelas autoridades de saúde locais.
Foram analisados 1.566 isolados de B. pertussis de 1935 a 2004 (879 da Holanda e 687 de outros países) quanto ao polimorfismo em ptxP.
Oito cepas holandesas isoladas entre 1999 e 2001 foram selecionadas para estudar a produção de Ptx e Prn (pertactina), sendo quatro com alelo ptxP1 e quatro com ptxP3.
Produção de Toxinas e Análises Estatísticas
As cepas de B. pertussis foram cultivadas em placas de ágar Bordet-Gengou, e as células foram colhidas para quantificação de Ptx e Prn por ELISA.
A razão de produção de Ptx e Prn entre as cepas ptxP1 e ptxP3 foi calculada, comparando a produção das cepas ptxP3 dividida pela produção das cepas ptxP1.
Um modelo de interceptação aleatória e transformação logarítmica foram utilizados nas análises estatísticas para levar em conta as variações aleatórias e a distribuição assimétrica das medições de Ptx e Prn.
Resultados
A síntese e exportação de Ptx requer 14 genes co-transcritos a partir do ptxP, que contém o sítio de ligação da RNA polimerase e seis sítios para o dímero BvgA, um regulador global de genes de virulência.
O sequenciamento de uma região de ≈380 bases a montante de ptxA em 1.566 cepas revelou que o polimorfismo estava restrito à região envolvida na ligação da RNA polimerase e BvgA, identificando 11 alelos de ptxP.
Mundialmente, dois alelos de ptxP predominaram: ptxP1 e ptxP3, sendo que ptxP1 predominava no primeiro período (1935–1990, 88% globalmente) e ptxP3 no segundo (1991–2004, 52% globalmente).
Diferenças Geográficas e Temporais nas Frequências de ptxP
Cepas ptxP3 foram detectadas pela primeira vez nos Estados Unidos em 1984 e surgiram recentemente na maioria das partes do mundo, substituindo as cepas ptxP1 residentes.
As frequências do alelo ptxP3 aumentaram drasticamente de 3% no período de 1935–1990 para 52% no período de 1991–2004 em escala global,.
Na Holanda, o ptxP1 foi gradualmente substituído pelo ptxP3 entre 1989 e 2004, com o ptxP3 aumentando de 0% para 100% no final do período.
Associação do Alelo ptxP3 com o Ressurgimento na Holanda
Uma estreita relação temporal foi observada entre o aumento na frequência de ptxP3 e o aumento nas notificações obrigatórias de coqueluche na Holanda entre 1989 e 2004.
O aumento nas notificações ocorreu em todas as faixas etárias, mas foi maior em pessoas com mais de 5 anos de idade.
A mudança na prevalência da doença em direção a categorias de idade mais avançada coincidiu com o surgimento das cepas ptxP3.
Produção de Ptx e Prn por Cepas ptxP1 e ptxP3
As cepas ptxP3 produziram significativamente mais Ptx do que as cepas ptxP1, com uma razão média de Ptx de 1,62 (p<0,0001) ao longo de todos os pontos de tempo testados.
Em contraste, as cepas ptxP3 produziram ligeiramente menos Prn do que as cepas ptxP1, com uma razão média de Prn de 0,94 (p = 0,03).
As razões de Ptx e Prn foram significativamente diferentes entre si (p<0,0001), sugerindo que o aumento na produção de Ptx não é devido a uma regulação global.
Evidências de Maior Virulência das Cepas ptxP3 em Humanos
Foi investigado se as cepas ptxP3 eram mais virulentas em humanos comparando a incidência de hospitalizações, mortes e letalidade em dois períodos na Holanda, com baixas (1981–1992) e altas (1993–2004) frequências de ptxP3.
Os três parâmetros (hospitalizações, mortes e letalidade) mostraram aumentos estatisticamente significativos nos períodos de alta frequência de ptxP3, sugerindo maior virulência dessas cepas em humanos.
A letalidade (razão de mortes para hospitalizações) aumentou 7,23 vezes no período de 1993–2004 em comparação com 1981–1992 (p=0,03).
Discussão
O polimorfismo no promotor de Ptx (ptxP) sugere que o ajuste fino da produção de Ptx tem valor adaptativo para a B. pertussis.
A substituição das cepas ptxP1 pelas ptxP3 na Holanda é consistente com um fenômeno global de expansão do ptxP3 em 11 países de 4 continentes.
A emergência das cepas ptxP3 na Holanda foi associada a um aumento nas notificações e a uma mudança na prevalência da doença para faixas etárias mais velhas, além de um aumento nas hospitalizações.
Adaptação e Implicações da PtxP3
A hipótese é que o alelo ptxP3 confere maior ligação de BvgA em comparação com ptxP1, resultando em aumento na produção da toxina, o que não foi observado para outro fator de virulência regulado por bvg, o Prn.
O aumento da produção de Ptx pelas cepas ptxP3 pode conferir maior aptidão, pois a Ptx suprime as defesas do hospedeiro, melhorando a colonização e suprimindo respostas de anticorpos.
A Ptx é crucial para a transmissão da B. pertussis e o surgimento das cepas ptxP3 foi associado ao aumento da incidência de hospitalizações, mortes e letalidade na Holanda.
Vacinação e Seleção de Virulência
Várias evidências apoiam a ideia de que a vacinação selecionou as cepas ptxP3, pois elas não eram encontradas na era pré-vacinação e predominavam em populações vacinadas.
A vacinação em idade infantil, ao remover os bebês imunologicamente ingênuos como principal fonte de transmissão, pode ter selecionado cepas que são mais eficientemente transmitidas por hospedeiros imunizados (primed hosts).
Propõe-se que a imunidade em declínio e a adaptação do patógeno contribuíram para o ressurgimento da coqueluche, e a melhoria das vacinas para induzir anticorpos neutralizantes da Ptx que persistam mais tempo é uma forma eficaz de controle.
O aumento da produção de toxinas pelas novas cepas de Bordetella pertussis (portadoras do alelo $ptxP3$) está associado à presença desse novo alelo para o promotor da toxina pertussis ($ptxP$), que confere uma maior produção dessa toxina (Ptx).
O estudo fornece evidências de que a expansão de cepas com aumento da produção de Ptx contribuiu para o ressurgimento da coqueluche na Holanda. O alelo $ptxP3$ substituiu gradualmente o $ptxP1$ na Holanda, aumentando de 0% em 1989 para 100% em 2004. Essa mudança genética no promotor da Ptx é um exemplo de adaptação do patógeno.
Os resultados também sugerem que a vacinação pode selecionar cepas com maior virulência, destacando a importância da Ptx na transmissão da doença.
As implicações do surgimento e expansão de cepas de Bordetella pertussis com aumento da produção da toxina pertussis (Ptx) para a vacinação atual contra a coqueluche são significativas:
Seleção de Cepas Mais Virulentas pela Vacinação: Os resultados sugerem que a vacinação pode estar selecionando cepas de B. pertussis com maior virulência, como as portadoras do alelo $ptxP3$ que produzem mais Ptx.
Importância da Ptx na Transmissão: O estudo ressalta a importância da Ptx na transmissão da coqueluche. O aumento na produção dessa toxina pode conferir uma vantagem de fitness à cepa.
Necessidade de Controle Mais Eficaz: Os achados indicam a necessidade de buscar maneiras de controlar a coqueluche de forma mais eficaz. Isso pode envolver o desenvolvimento de novas estratégias de vacinação ou ajustes nas vacinas existentes.
Adaptação do Patógeno: A adaptação do patógeno, manifestada pela divergência antigênica e mudanças na regulação dos fatores de virulência (como o promotor $ptxP$), é um fator chave no ressurgimento da coqueluche. As vacinas atuais se baseiam em fatores de virulência como Ptx, pertactina (Prn) e fímbrias. A variação da cepa foi mostrada como afetando a eficácia da vacina em modelos animais.
Em resumo, a expansão de cepas $ptxP3$ que produzem mais Ptx indica uma adaptação do patógeno que pode estar minando a eficácia das vacinas atuais, exigindo atenção às estratégias de vacinação e ao desenvolvimento de vacinas aprimoradas que considerem essa evolução.
Citação: Mooi FR, van Loo IH, van Gent M, He Q, Bart MJ, Heuvelman KJ, de Greeff SC, Diavatopoulos D, Teunis P, Nagelkerke N, Mertsola J. Bordetella pertussis strains with increased toxin production associated with pertussis resurgence. Emerg Infect Dis. 2009 Aug;15(8):1206-13. doi: 10.3201/eid1508.081511. PMID: 19751581; PMCID: PMC2815961.
Acessado em: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19751581/
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