Un equipo de investigadores de los miembros fundadores de Mass General Brigham, el Hospital Brigham and Women’s (BWH) y el Hospital General de Massachusetts (MGH), ha identificado estrategias metabólicas utilizadas por Clostridioides difficile para colonizar rápidamente el intestino. Los hallazgos identifican métodos para prevenir y tratar mejor la causa más común de diarrea asociada a antibióticos e infecciones adquiridas en el cuidado de la salud (HAI). El enfoque del equipo tiene implicaciones para comprender aspectos más amplios del metabolismo microbiano, incluidas las respuestas a los antibióticos y la producción de metabolitos importantes. Los resultados se publican en Nature Chemical Biology.
« Investigar el metabolismo en tiempo real en microorganismos que solo crecen en ambientes que carecen de oxígeno se había considerado imposible », dijo la coautora correspondiente Lynn Bry, MD, PhD, directora del Centro de Microbioma Anfitrión de Massachusetts, directora médica asociada en Patología en BWH, y profesor asociado de Patología en la Facultad de Medicina de Harvard. « Aquí, hemos demostrado que se puede hacer para combatir las infecciones por C. difficile, y con hallazgos aplicables a la medicina clínica ».
« C. difficile es la principal causa de infecciones hospitalarias y una de las principales causas de diarrea asociada a antibióticos. Comprender sus mecanismos metabólicos a nivel celular puede ser útil para prevenir y tratar infecciones », dijo el coautor principal Leo L. Cheng. PhD, biofísico asociado en Patología y Radiología en MGH y profesor asociado de Radiología en la Facultad de Medicina de Harvard.
C. difficile es una especie de bacteria anaeróbica obligada, lo que significa que no se replica en presencia de oxígeno gaseoso. C. difficile causa infecciones al liberar toxinas que permiten que el patógeno obtenga nutrientes de los tejidos intestinales dañados. Comprender cómo C. difficile metaboliza los nutrientes mientras coloniza el intestino podría informar nuevos enfoques para prevenir y tratar infecciones.
Para completar su estudio, Bry y Cheng, profesores del programa Mass General Brigham Pathology recientemente formado, utilizaron una tecnología llamada espectroscopia de resonancia magnética nuclear de giro de ángulo mágico de alta resolución (HRMAS NMR) para estudiar el metabolismo en tiempo real en células vivas en condiciones anaeróbicas.. El equipo incorporó predicciones computacionales para detectar cambios metabólicos en C. difficile a medida que disminuía la disponibilidad de nutrientes y luego desarrolló un enfoque para rastrear simultáneamente el flujo de carbono y nitrógeno a través del metabolismo anaerobio. Los investigadores identificaron cómo C. difficile pone en marcha su metabolismo mediante la fermentación de aminoácidos antes de activar las vías para fermentar azúcares simples como la glucosa. Descubrieron que las vías críticas convergían en un punto de integración metabólica para producir el aminoácido alanina para impulsar de manera eficiente el crecimiento bacteriano.
Los hallazgos del estudio identificaron nuevos objetivos para los medicamentos de molécula pequeña para contrarrestar la colonización e infección por C. difficile en el intestino y proporcionar un nuevo enfoque para definir rápidamente el metabolismo microbiano para otras aplicaciones, incluido el desarrollo de antibióticos y la producción de metabolitos económica y terapéuticamente importantes.
Los coautores del estudio incluyen a Aidan Pavao, Brintha Girinathan, Johann Peltier, Pamela Altamirano Silva, Bruno Dupuy, Isabella H. Muti y Craig Malloy.
Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto de Medicina de Precisión BWH y el Premio Académico Presidencial, el Centro MGH AA Martinos para Imágenes Biomédicas y el Centro de Ciencias de la Vida de Massachusetts.