Prevalência e caracterização genética de Bordetella pertussis deficiente em pertactina no Japão
- Vlog da Ro
- 24 de jul.
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Resumo
Uma prevalência significativa (27%) de Bordetella pertussis deficiente em pertactina (Prn−) foi identificada em 121 isolados coletados no Japão entre 1990 e 2009.
Todos os isolados Prn− continham exclusivamente o alelo prn1 do tipo vacinal, e a perda da expressão de Prn foi causada por uma deleção de 84 pb (prn1ΔSS, n = 24) ou por uma inserção de IS481 (prn1::IS481, n = 9).
A frequência de isolados Prn− aumentou significativamente desde o início dos anos 2000, e ensaios in vitro sugerem que essas cepas têm um potencial de crescimento maior do que os mutantes reversos Prn+.
Introdução
A imunização com vacinas acelulares contra coqueluche (aP) tem sido eficaz no Japão, com altas coberturas vacinais.
A pertactina (Prn), uma adesina e fator de virulência, é um antígeno importante em algumas vacinas aP no Japão, Europa e EUA, sendo que anticorpos anti-Prn correlacionam-se com proteção clínica.
Variantes de Prn, como Prn1 (tipo vacinal) e Prn2 (não vacinal), predominam no Japão, e a presença de isolados Prn− na Europa e no Japão levanta preocupações sobre a eficácia das vacinas.
Resultados
Foram identificados 33 isolados Prn− entre 121 isolados de B. pertussis no Japão (1990–2009), todos carregando os alelos prn1 e ptxA2 do tipo vacinal, e expressando outros fatores de virulência como PT, FHA e Fim3.
A perda da expressão de Prn foi devida a duas mutações distintas no gene prn1: uma deleção de 84 pb na sequência sinal (prn1ΔSS, 73% dos isolados Prn−) ou uma inserção do elemento IS481 (prn1::IS481, 27% dos isolados Prn−).
A frequência total de isolados Prn− aumentou acentuadamente a partir dos anos 2000 (38% em 2000–2004) e, geograficamente, os isolados Prn− se espalharam por todo o país após 2000, indicando uma expansão nacional.
Molecular epidemiology of Prn− isolates (Epidemiologia Molecular dos Isolados Prn−)
A análise MLVA (Multilocus Variable-Number Tandem Repeat Analysis) de 121 isolados identificou 33 tipos distintos, sendo que os 33 isolados Prn− pertenciam a apenas três tipos: MLVA-186 (73%), MLVA-194 (18%) e MLVA-226 (9%).
Os três tipos de MLVA encontrados nos isolados Prn− são filogeneticamente próximos, e o MLVA-186 foi o tipo predominante em geral (35% de todos os isolados).
Os isolados Prn− portadores de prn1ΔSS e prn1::IS481 estavam distribuídos entre os tipos MLVA-186 e MLVA-226, sugerindo uma expansão clonal das cepas Prn− no Japão.
Growth advantage of Prn− isolates (Vantagem de Crescimento dos Isolados Prn−)
Em ensaios de competição de crescimento in vitro, as cepas Prn− demonstraram maior potencial de crescimento do que seus mutantes reversos Prn+.
Quando o mutante reverso Prn+ era co-cultivado com seu parental Prn−, a porcentagem de células Prn− aumentava significativamente com o tempo, alcançando 100% (para BP202Smr) ou 71-78% (para BP59Smr).
Surpreendentemente, não foram observadas diferenças significativas nas taxas de crescimento quando as cepas Prn− e Prn+ foram cultivadas individualmente.
Discussão
A alta prevalência de isolados Prn− no Japão (32% entre 2005 e 2009) é notável e superior à taxa de 5,6% observada na França, o que questiona o papel patogênico da Prn1 em infecções.
As cepas japonesas Prn− são geneticamente distintas das francesas, pois todas carregam o alelo prn1 do tipo vacinal, enquanto as francesas possuem o alelo prn2 não vacinal.
O aumento na prevalência de cepas Prn− pode ser explicado por uma seleção impulsionada pela vacina e pelo maior potencial de crescimento in vitro das cepas Prn−.
Materiais e Métodos
Foram estudados 121 isolados clínicos de B. pertussis não relacionados epidemiologicamente, coletados no Japão entre 1990 e 2009, e cultivados em ágar Bordet-Gengou.
A expressão de Prn e outros fatores de virulência foi analisada por Immunoblotting utilizando antissoros específicos, e a sorotipagem foi realizada com anticorpos monoclonais anti-Fim2 e anti-Fim3.
A análise de sequenciamento de DNA e MLVA (Multilocus Variable-Number Tandem Repeat Analysis) foi realizada para caracterizar as mutações de prn e os perfis genéticos, respectivamente.
A ausência da pertactina (Prn) na Bordetella pertussis é significativa por várias razões inter-relacionadas, principalmente devido ao papel da Prn na virulência e na eficácia das vacinas acelulares (aP):
Impacto na Eficácia Vacinal:
A Prn é um dos principais antígenos incluídos nas vacinas acelulares (aP) contra a coqueluche, juntamente com a toxina pertussis (PT) e a hemaglutinina filamentosa (FHA).
Vacinas aP de três componentes (PT, FHA e Prn) são consideradas mais eficazes do que as de dois componentes (apenas PT e FHA).
O nível de anticorpos anti-Prn tem sido correlacionado com a proteção clínica contra a coqueluche.
A alta prevalência de cepas Prn− circulando (como as 27% encontradas no Japão) levanta a possibilidade de que a frequência dessas cepas possa reduzir a eficácia das vacinas aP que contêm Prn.
Papel da Prn na Patogênese e Adesão:
Prn é um fator de virulência que contribui para a aderência de B. pertussis ao epitélio ciliar respiratório.
A Prn contém o motivo RGD (Arg-Gly-Asp), que está implicado na interação ligante-receptor.
Estudos anteriores sugerem que Prn promove a aderência a células de mamíferos.
Seleção e Expansão Clonal das Cepas Prn−:
A emergência de isolados Prn− no Japão, principalmente portadores do alelo vacinal prn1, sugere que a pressão seletiva da vacinação pode estar promovendo o surgimento e a expansão dessas cepas.
Ensaios de competição de crescimento in vitro demonstraram que os isolados Prn− apresentam um potencial de crescimento maior do que seus mutantes reversos Prn+, sugerindo uma possível vantagem evolutiva nessas condições.
Distinção Genética e Global:
Os isolados Prn− japoneses são geneticamente distinguíveis daqueles encontrados na França, pois os japoneses albergam o alelo prn1 (tipo vacinal), enquanto os franceses carregam o alelo prn2 (não vacinal). A expansão clonal das cepas Prn− é notavelmente alta no Japão, o que é uma descoberta epidemiológica importante.
As mutações que causam a deficiência de pertactina (Prn) influenciam a disseminação da Bordetella pertussis no Japão, principalmente através de dois mecanismos interligados: a
pressão seletiva da vacinação e o aumento potencial da aptidão (fitness) das cepas Prn−.
Mecanismos Genéticos da Ausência de Prn: A perda da expressão de Prn é causada por duas mutações distintas, ambas ocorrendo no alelo prn1 (que é o tipo vacinal no Japão):
Deleção de 84 pb da sequência sinal de prn (prn1 ΔSS): Esta foi a mutação mais comum, responsável por 24 dos 33 isolados Prn− identificados.
Inserção de IS481 em prn1 (prn1 ::IS481): Esta mutação foi encontrada em 9 dos 33 isolados Prn−.
Aumento na Frequência e Disseminação Clonal:
A frequência de isolados Prn− aumentou significativamente desde o início dos anos 2000 no Japão, especialmente aqueles portadores da mutação prn1 ΔSS.
Os isolados Prn− foram posteriormente encontrados em todo o país, indicando uma disseminação geográfica ampla.
A análise de repetições em tandem de número variável multilocus (MLVA) sugeriu que as cepas Prn− se expandiram clonalmente no Japão, o que significa que um número limitado de linhagens genéticas (portadoras de prn1 ΔSS e prn1 ::IS481) se tornou dominante e se espalhou.
Vantagem Seletiva em Populações Vacinadas:
A Prn é um componente importante da maioria das vacinas acelulares (aP) japonesas, e as cepas Prn− podem ter "escapado" da resposta imune protetora induzida pela Prn.
A introdução das vacinas aP contendo Prn1 em 1981 e o subsequente aumento das cepas Prn− desde o início dos anos 2000 sugerem que a imunidade de rebanho gerada pela vacinação exerce uma pressão seletiva para a evolução do patógeno.
Existe a possibilidade de que as cepas Prn− tenham um aumento de aptidão (fitness) em populações vacinadas, pois as cepas Prn1 (tipo vacinal) seriam mais afetadas pela vacinação, enquanto as cepas deficientes em Prn poderiam ter uma vantagem de sobrevivência.
Potencial de Crescimento Aumentado:
Ensaios de competição de crescimento in vitro demonstraram que os isolados Prn− têm um potencial de crescimento maior do que os mutantes reversos Prn+ dos quais foram derivados. Este maior potencial de crescimento pode ser um mecanismo biológico que contribui para a prevalência e disseminação dessas cepas.
Em resumo, as mutações que inativam a expressão de Prn em cepas que carregavam o alelo prn1 (tipo vacinal) permitiram que esses clones escapassem da resposta imune induzida pela vacina. A subsequente expansão clonal e o aparente aumento da aptidão das cepas
Prn− contribuíram para o aumento significativo e a disseminação geográfica da bactéria no Japão.
Citação: Otsuka N, Han HJ, Toyoizumi-Ajisaka H, Nakamura Y, Arakawa Y, Shibayama K, Kamachi K. Prevalence and genetic characterization of pertactin-deficient Bordetella pertussis in Japan. PLoS One. 2012;7(2):e31985. doi: 10.1371/journal.pone.0031985. Epub 2012 Feb 14. PMID: 22348138; PMCID: PMC3279416.
Acessado em: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22348138/
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