Análise exploratória do resistoma e microbiota associada de pacientes oriundos da mesorregião Oeste Catarinense internados no Hospital Universitário de Santa Catarina entre 08/2019 e 03/2020.

Abstract

A microbiota intestinal, reconhecida por sua composição diversificada e seu papel na modulação de diferentes reações no corpo humano, é também interpretada como um expressivo reservatório de genes de resistência a antimicrobianos (ARG). O uso excessivo e indevido de antimicrobianos tem, há anos, selecionado microrganismos resistentes e viabilizado a propagação dos ARG, tanto na microbiota humana, quanto na animal e ambiental, fazendo deste um problema de saúde única. Hospitais compreendem uma rede composta pelo elevado uso de antimicrobianos, intensa circulação de pessoas e complexa comunidade microbiana, gerando um alto risco de contaminação por microrganismos patogênicos e propagação de genes de resistência. Esse trabalho teve como objetivo analisar, de forma exploratória, as perturbações no resistoma e microbiota associada do trato gastrointestinal causadas pela permanência em ambiente hospitalar. Com esse propósito, foi realizada coleta de amostras (swabs) de pacientes hospitalizados no Hospital Universitário (HU-UFSC-EBSERH) em Florianópolis (SC). As amostras foram submetidas ao sequenciamento baseado em nanoporos (MinION). Foram utilizados os programas WIMP, ARMA e ResistoXplorer para investigação dos perfis dos resistomas e microbiota associada. Foi possível observar uma variedade de determinantes de resistência aos antimicrobianos, com destaque àqueles relacionados a aminoglicosídeos e tetraciclinas. Metade dos pacientes sofreram uma diminuição do resistoma durante sua passagem pelo hospital, podendo ser justificada pelo uso de antimicrobianos durante a internação e consequente depleção de grande parte da comunidade microbiana intestinal. A análise de clusterização e beta diversidade sugerem maior heterogeneidade entre os diferentes grupos amostrais de internação e alta ao nível de elementos genéticos, ao contrário do observado ao nível de classes de antimicrobianos e mecanismos de ação. Tal achado indica que a especificidade do resistoma por paciente ao nível de determinantes de resistência reflete em uma distribuição homogênea de classes de antimicrobianos e mecanismo de ação, que não os distingue em grupos específicos. Ademais, foi possível investigar a microbiota associada aos elementos genéticos detectados, resultando em 55 espécies distintas. Dentre as espécies identificadas, destaca-se Lactobacillus fermentum, bactéria comensal associada a microbiota saudável. O LEfSe (Linear Discriminant Analysis Effective Size), para o grupo de alta, também deu destaque a bactérias relacionadas à multirresistência e ameaça a saúde humana, como Clostridioides difficile, importante patógeno causador de diarreia associada à assistência à saúde, e Neisseria meningitidis, causadora de um espectro de doenças, variando de febre transitória a meningite e septicemia fulminante. Ficou evidente que, apesar da individualidade do resistoma, e microbiota associada a ele, os pacientes apresentaram um perfil de resistência semelhante, com destaque às mesmas classes de antimicrobianos. Dessa forma, enfatiza-se a urgência na redução da pressão de seleção de classes de antimicrobianos específicos. A plataforma MinION demonstrou possuir grande potencial na identificação de determinantes de resistência e microrganismos associados. Pode-se, portanto, contribuir com a melhor compreensão do perfil de resistência, e suas alterações, em pacientes internados no hospital universitário de Santa Catarina.

The intestinal microbiota, recognized for its diverse composition and its role in modulating different reactions in the human body, is also interpreted as an expressive reservoir of antimicrobial resistance genes (ARG). The excessive and improper use of antimicrobials has, for years, selected resistant microorganisms and enabled the spread of ARGs, both in the human, animal and environmental microbiota, making this a One Health problem. Hospitals comprise a network composed by the high use of antimicrobials, intense movement of people and complex microbial community, generating a high risk of contamination by pathogenic microorganisms and propagation of resistance genes. This study aimed to analyze, in an exploratory way, the disturbances in the resistome and associated microbiota of the gastrointestinal tract caused by hospital stay. For this purpose, samples (swabs) were collected from patients hospitalized at the University Hospital (HU-UFSC-EBSERH) in Florianópolis (SC). The samples were submitted to nanopore-based sequencing (MinION). The WIMP, ARMA and ResistoXplorer programs were used to investigate the profiles of the resistomes and associated microbiota constructed. It was possible to observe a variety of antimicrobial resistance determinants, especially those related to aminoglycosides and tetracyclines. Half of the patients suffered a decrease in the resistome during their stay in the hospital, which can be explained by the use of antimicrobials during hospitalization and the consequent depletion of a large part of the intestinal microbial community. Cluster analysis and beta diversity suggest greater heterogeneity between the different hospitalization sample groups and high levels of genetic elements, contrary to what was observed at the level of antimicrobial classes and mechanisms of action. This finding indicates that the specificity of the resistome per patient at the level of resistance determinants reflects a homogeneous distribution of antimicrobial classes and mechanism of action that does not distinguish them in specific groups. Furthermore, it was possible to investigate the microbiota associated with the detected genetic elements, resulting in 55 distinct species. Among the identified species, Lactobacillus fermentum stands out, a commensal bacterium associated with healthy microbiota. LEfSe also highlights bacteria related to multidrug resistance and threats to human health, such as Clostridioides difficile, a major pathogen that causes healthcare-associated diarrhea, and Neisseria meningitidis, which causes a spectrum of diseases ranging from transient fever to meningitis and septicemia. fulminant, in the high group. It was evident that, despite the individuality of the resistome, and the microbiota associated with it, the patients presented a similar resistance profile, with emphasis on the same classes of antimicrobials. Thus, the urgency in reducing the selection pressure of specific antimicrobial classes is emphasized. The MinION platform has shown great potential in the identification of resistance determinants and associated microorganisms. Therefore, it is possible to contribute to a better understanding of the resistance profile, and its alterations, in patients hospitalized at the University Hospital of Santa Catarina.