Determinação da diversidade bacteriana em culturas de caldo Macconkey de materiais clínicos de portadores de doença de Crohn e análise de propriedades de isolados de Escherichia coli identificados

Abstract

Desequilíbrio na composição de espécies bacterianas (disbiose) do intestino é uma característica da doença de Crohn (DC), a mais grave das doenças inflamatórias intestinais (DII). Na disbiose da DII, há um aumento de certos grupos de bactérias, tais como as Proteobacteria, em alguns pacientes. Acredita-se que o aumento destas bactérias deve contribuir para as reações inflamatórias responsáveis pelas lesões observadas no intestino de portadores de DC e retocolite ulcerativa, ao estimular a produção de citocinas por células locais do sistema imune. Proteobacteria, um dos filos predominantes da microbiota intestinal compreende bacilos gram-negativos, dos quais Escherichia coli (E. coli) é o mais conhecido. Dada a importância de Proteobacteria como patógeno ou membro da microbiota intestinal residente humana, este trabalho teve dois objetivos: 1) Investigar a ocorrência de variação numérica na população de Proteobacteria na DC e 2) Caracterizar amostras de E. coli encontradas nesta população, em relação a propriedades de virulência. Visando o primeiro objetivo, DNA de culturas em caldo MacConkey de diferentes materiais clínicos (fezes e biópsias intestinais) de 8 controles e 9 pacientes com DC foram amplificados com primers para as regiões V6-V8 do gene que codifica a fração 16S do rRNA (16S V6-V8 rDNA) e, em seguida, sequências específicas (representando táxons bacterianos particulares) contidas nos amplicons foram separadas por temperature gradient gel electrophoresis (TGGE), definindo perfis de banda que refletem a diversidade bacteriana. O segundo objetivo compreendeu a tipagem dos isolados de E. coli destas culturas através da classificação em filogrupos (A, B1, B2 e D) da coleção de referência de E. coli (EcoR), a pesquisa de sorogrupos O25 e O83, determinação das propriedades de aderência e capacidade de produzir biofilme. Análise de 32 culturas de 9 portadores de DC e 24 culturas de 8 controles mostrou uma clara diferença no número de bandas nos perfis de TGGE dos amplicons de 16S V6-V8 rDNA. Amplicons de 8 culturas de 9 portadores de DC tinham no máximo 2 bandas, ao passo que o número de bandas em amplicons de controles tinham pelo menos 3 bandas. Uma das bandas dos casos em que havia duas bandas ou a banda única dos perfis de cultura de casos teve a mesma mobilidade do amplicon de E. coli, colocado no gel como referência da corrida. PCR para detecção de genes de O25 e O83 demonstraram que estes sorogrupos foram dominantes tanto na população de E. coli de portadores de DC como de controles (apenas um paciente controle deu resultado negativo na PCR para ambos sorogrupos). Também, a maioria das cepas de E. coli, tanto de casos como de controles pertenceu ao filogrupo B2. Resultados parciais de testes de adesão em células Hep-2 revelaram que todos os pacientes (controles ou não) apresentaram E. coli aderentes, expressando o padrão agregativo. Testes para avaliar a capacidade de formação de biofilme indicaram que isolados de E. coli das regiões proximais encontrados em controles produzem biofilme de forma mais intensa do que isolados equivalentes de portadores de DC. Como conclusão, os dados apresentados sugerem que a população intestinal de Proteobacteria em portadores de CD apresenta disbiose, associada com um aumento do número de E. coli, uma propriedade que foi determinada por TGGE e confirmada com seqüenciamento de amplicons da região V6, pela técnica Ion Torrent. Por fim, com base nos resultados de tipagem e caracterização bacteriana foi possível observar que amostras tanto de caso como de controles, não houve uma prevalência dos sorogrupos e com base nesse resultado podemos associar que ambos os grupos de estudos freqüentam de forma rotineira o mesmo ambiente hospitalar, podendo indicar um favorecimento na aquisição desses tipos bacterianos. Resultados semelhantes ocorreram com as análises dos sorogrupos, onde apenas o filogrupo D teve prevalência significativa em indivíduos controle. Em relação à produção de biofilme, as amostras encontradas na região proximal do intestino de pacientes controles produzem mais biofilmes do que amostras de portadores de DC da mesma região intestinal, indicando que a parede da mucosa intestinal serve como substrato pode influenciar na formação do biofilme.

Imbalance in intestinal bacterial composition (dysbiosis) is a hallmark of Crohn’s disease (CD), the most severe of inflammatory bowel diseases (IBD). A characteristic of IBD dysbiosis is the elevation of certain groups of bacteria such as Proteobacteria in some patients. It is believed that the augmented bacteria may contribute for the inflammatory reactions underlying the typical lesions observed in the gut of CD and ulcerative colitis patients, by stimulating the production of cytokines by local cells of the immune system. Proteobacteria, one the most prevalent bacterial phyla of the gut microbiota are Gram negative rods of which Escherichia coli (E. coli) is the most well-known member. Given the significance of Proteobacteria as pathogens or member of resident gut microbiota, this work had two purposes: 1) to investigate the occurrence of numerical variation in the population of these bacteria in CD and 2) Characterizing E. coli isolates found in this population, in search for some virulence associated properties. For the first purpose, DNA from MacConkey broth cultures of distinct clinical materials (stools and gut mucosal biopsies) of 9 CD and 8 control patients were amplified with primers for the V6 and V8 regions of the 16S ribosomal RNA gene (16S V6-V8 rDNA) and distinct gene sequences (representing particular bacterial taxa) within the amplicons were resolved by temperature gradient gel electrophoresis (TGGE), defining band profiles, which reflect the bacterial diversity. The second objective consisted in phylotyping (determining A, B1, B2 and D phylogroups), serotyping (search for O25 and O83 genes), analyzing the E. coli isolates of the cultures for adherence properties and competence to produce biofilm. Analysis of 32 cultures from the 9 CD patients and 24 cultures from 8 control subjects showed a clear case-control difference in the number of bands in the TGGE profiles of the 16S V6-V8 rDNA amplicons. Cultures from 8 of 9 CD patients had at most 2 bands, while the number of bands in the cultures from 7 of the 8 controls subjects had at least 3 bands. One of the two bands found in the cultures from CD patients had the same mobility as E. coli, put in the gelas reference for the run. PCR screening for O25 and O83 demonstrated that these serogroups were dominant among the E. coli population from both controls and CD patients (only one control subject was negative for each of these O groups). Also, most of E. coli isolates from both control and CD patients belonged to the B2 phylogroup. Partial results of bacterial adherence to Hep-2 cells revealed that all patients (controls and CD) had aggregative adherent E. coli isolates. Tests to determine the ability to produce biofilm indicated that isolates from the proximal, but not from distal region of the gut or the stools, found in controls were stronger biofilm formers than isolates from equivalent sites of CD patients. In conclusion, the data presented here reveal that intestinal population of Proteobacteria of CD patients show dysbiosis associated with the elevation of Escherichia coli and that this variation can be assessed by TGGE and confirmed by sequencing of amplicons V6 region, the technique Ion Torrent. Finally, on the basis of the bacterial typing and characterization results, was observed that samples of both the case and controls, there was a prevalence of serogroups, based on this result we can associate both study groups frequent routinely the same hospital environment and may indicate a favoring the acquisition of these bacterial types. Similar results occurred with the analysis of serogroups, where only the filogrupo D had a significant prevalence in control subjects. For biofilm production, the samples found in the proximal region of the control patients intestine produce more biofilm than DC bearing samples of the same intestinal region, indicating that the intestinal mucosa serves as a substrate may influence the formation of biofilms.