Estudo fornece evidências de ligação protetora entre microbioma oral e COVID

Inscrição no estudo e fluxogramas de análise de dados. (A) Os pacientes do centro médico UMass foram inscritos para o nosso estudo de acordo com o seguinte fluxograma. Cinquenta pacientes com COVID-19 aguda foram finalmente selecionados para nossa coorte de estudo e acompanhados para um desfecho clínico sobre se precisavam de suporte respiratório e qual nível de suporte respiratório era necessário, variando de oxigênio suplementar por meio de cânula nasal simples, passando por intubação e ventilação mecânica. O número de pacientes que necessitam de cada nível de suporte respiratório é mostrado no gráfico final à direita. (B) Dados de covariáveis ​​clínicas e resultados de sequenciamento de microbiomas são combinados em um classificador de floresta aleatória para determinar características que predizem a necessidade de suporte respiratório. Em seguida, aplicamos o Stable and Interpretable RUle Set (SIRUS) a esses resultados para gerar regras facilmente interpretáveis ​​que predizem quais covariáveis ​​clínicas e características do microbioma são preditivas da necessidade de suporte respiratório. Crédito: Fronteiras em Microbiologia (2022). DOI: 10.3389/fmicb.2022.1009440

Usando sequenciamento de genoma de alto rendimento e aprendizado de máquina, cientistas da UMass Chan Medical School mostraram uma forte correlação entre o microbioma oral em pacientes com COVID-19 no momento da admissão hospitalar e a necessidade de suporte respiratório posterior. Publicado em Fronteiras em Microbiologiao estudo se soma a um crescente corpo de pesquisa que liga o microbioma oral a doenças respiratórias e oferece novos insights sobre como o SARS-CoV-2 afeta a inflamação e causa doenças.

“Nossos resultados mostraram uma correlação entre a falta de certos organismos no microbioma– especificamente Prevotella salivae e Veillonella infantium – bem como uma redução na abundância de vias metabólicas associadas à síntese de LPS e a necessidade de suporte respiratório após a admissão”, disse o pesquisador principal e coautor Evan S. Bradley, MD, Ph.D. ., professor assistente de medicina de emergência e membro do Programa em Dinâmica Microbiana.

“Isso sugere que esses microrganismos podem desempenhar um papel protetor, talvez modulando vias pró-inflamatórias, em pacientes com COVID-19. Ainda não sabemos como isso funciona em nível biológico, mas oferece um ponto de partida para futuras investigações .”

Estão surgindo evidências científicas de que a microbioma oral– a comunidade de bactérias encontrada no trato superior – pode influenciar o curso de infecções respiratórias, disse o Dr. Bradley. Como os microbiomas encontrados no intestino e na pele, o microbioma oral é uma coleção de bactérias que podem afetar a progressão da saúde e da doença. Muito menor que o microbioma intestinal, o microbioma oral compreende algumas centenas de espécies diferentes de bactérias. É o primeiro ponto de encontro ao longo do canal alimentar, toda a passagem pela qual o alimento passa da boca pelo corpo, onde o sistema imunológico encontra o mundo exterior.

Especialistas acreditam que manter o delicado equilíbrio do microbioma oral pode desempenhar um papel importante na saúde. Um desequilíbrio no microbioma oral, como um desequilíbrio na microbioma intestinalpode levar a inflamação, doença e doença, de acordo com os autores do estudo.

Para entender a conexão entre o microbioma oral e o COVID-19, Bradley fez uma amostragem de 115 pacientes que se apresentavam na sala de emergência com sintomas de COVID-19. Sangue e swabs orais foram coletados de pacientes, que também foram testados para COVID-19 usando testes de PCR. Cinquenta dos 115 deram positivo para COVID-19 e apresentaram sintomas por menos de 14 dias. Desta coorte aguda, 38 necessitaram de alguma forma de suporte respiratório após a admissão.

O sequenciamento do genoma inteiro e algoritmos avançados foram usados ​​para identificar a composição das bactérias no microbioma oral para cada uma das 115 amostras da coorte. Para identificar possíveis diferenças entre o grupo COVID-19 que precisava de assistência respiratória e aquele que não precisava, Vanni Bucci, Ph.D., professor associado de microbiologia e sistemas fisiológicos, empregou aprendizado de máquina modelagem baseada para extrair características do microbioma, como espécies e metabólitos, que afetam a gravidade da doença.

“Os dados do microbioma são complexos e multicamadas, por isso não são modificáveis ​​para a análise estatística padrão”, disse o Dr. Bucci, membro do Programa em Dinâmica Microbiana. “Temos que usar o aprendizado de máquina, que é como uma caixa preta. Inserimos os recursos e os dados no modelo. O modelo usa exemplos e controles para aprender estruturas que não viu antes. A partir dessas estruturas, o modelo escolhe o melhor sinal que se ajusta aos dados. Ele informa quais recursos são estranhos e quais não podem ser removidos.”

No modelo de Bucci, baixos níveis das espécies bacterianas P. salivae e V. infantium foram preditivos da necessidade de suporte respiratório em 85% dos casos. Da mesma forma, pacientes com redução de bactérias produtoras de metabólitos associados à via metabólica do LPS tiveram 82% de chance de necessitar de suporte respiratório.

“Sabemos que a inflamação é um fator importante no COVID-19. É possível que essas bactérias estejam de alguma forma mantendo a inflamação descontrolada”, disse a coautora Abigail Zeamer, Ph.D. estudante do Departamento de Microbiologia e Sistemas Fisiológicos da UMass Chan.

O próximo passo da pesquisa, segundo Bradley, é inocular um modelo animal com as espécies bacterianas P. salivae e V. infantium e expô-lo ao SARS-CoV-2. “Podemos então começar a examinar a relação entre essas bactérias, inflamação e o sistema imunológico para entender como o COVID-19 funciona.”