Em 2021, um homem na casa dos 50 anos foi transferido para a unidade de terapia intensiva do Emory University Hospital em Atlanta. Ele estava em choque séptico devido a uma infecção bacteriana que se espalhou para sua corrente sanguínea. O culpado? Klebsiella pneumoniaeque foi resistente à maioria dos antibióticos.
Finalmente, a esperança surgiu: um tratamento de duas semanas com um antibiótico chamado cefiderocol parecia ter eliminado a infecção. Mas apenas 10 dias depois, o homem foi levado de volta à UTI, onde os médicos descobriram uma massa cheia de pus cobrindo seu fígado. A mesma bactéria havia retornado com força total.
Os médicos enviaram a amostra de sangue do paciente para David Weissum microbiologista do Emory Antibiotic Resistance Center. Weiss descobriu que as bactérias agora eram altamente resistentes ao cefiderocol.
Ele rapidamente notificou os médicos. Mas mesmo depois de trocar os antibióticos, o homem morreu.
O caso do homem destaca uma estratégia elusiva que as bactérias usam em sua corrida armamentista contra os antibióticos — um tipo oculto de resistência que pode ser ativado quase instantaneamente, mas não deixa rastros genéticos. E pode ser quase impossível de detectar usando testes de laboratório padrão. Os pesquisadores estão cada vez mais reconhecendo que essa estratégia bacteriana, chamada de “heterorresistência”, pode desempenhar um papel significativo nas falhas dos antibióticos. Reconhecer essa estratégia bacteriana, dizem os especialistas, é o primeiro passo para combatê-la.
“Embora esse seja um fenômeno preocupante que estamos estudando agora, no contexto geral e no futuro, acredito que seremos capazes de usar esse conhecimento para ajudar muito os pacientes”, disse Weiss à Live Science.
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Um novo tipo de resistência
Por décadas, microbiologistas como Weiss pensaram que a resistência a antibióticos era algo que uma espécie bacteriana tinha ou não tinha. Mas “agora, estamos percebendo que nem sempre é esse o caso”, disse ele.
Normalmente, os genes determinam como as bactérias resistem a certos antibióticos. Por exemplo, as bactérias podem ganhar uma mutação genética que permite-lhes desactivar quimicamente os antibióticos. Em outros casos, os genes podem codificar proteínas que evitar que os medicamentos atravessem as paredes celulares bacterianas. Mas isso é não é o caso das bactérias heterorresistentes; eles derrotam medicamentos projetados para matá-los sem genes de resistência genuínos. Quando não são expostos a um antibiótico, essas bactérias olhar como qualquer outra bactéria.
Quando bactérias típicas resistentes a antibióticos se propagam, elas passam genes de resistência para a próxima geração, criando uma legião de populações resistentes a antibióticos que coletivamente se opõem ao tratamento. Em contraste, as bactérias em uma população heterorresistente são sensível a antibióticos. Mas em certas doses de um antibiótico, uma pequena proporção dessa população — tão pouco quanto 1 em um milhão — pode se tornar resistente e sobreviver aos medicamentos, enquanto o resto da população para de crescer e morre.
Como essas células resistentes estão intercaladas com células suscetíveis a antibióticos, é difícil para os microbiologistas detectar os resistentes.
Cientistas em todo o mundo passaram anos investigando por que e como a heterorresistência se desenvolve para que eles possam melhorar na detecção dessas bactérias. Agora, novas pistas estão finalmente começando a surgir.
Cara a cara com bactérias nocivas
Karin HjortO primeiro encontro de com heterorresistência aconteceu por acaso. Cerca de 10 anos atrás, Hjort, uma microbiologista da Universidade de Uppsala, na Suécia, estava cultivando bactérias. Cepa por cepa, ela administrou doses letais de antibióticos, rotulando quaisquer sobreviventes como “resistentes” e congelando-os. Quando ela descongelou os sobreviventes, ela procurou por mudanças genéticas, ou mutações, que tipicamente fundamentam sua capacidade de enganar a morte.
Mas desta vez, quando ela retirou as cepas aparentemente resistentes, ela as “sequenciou e sequenciou” e “não encontrou nenhuma mutação”, disse Hjort Live Science.
Hjort não conseguia entender o que estava acontecendo. Parecia que essas bactérias tinham perdido sua resistência ao congelar. Mas então ela descobriu uma décadas de idade artigo de pesquisa descrevendo um fenômeno que cientistas da Universidade da Califórnia, Davis, chamaram de “heterorresistência”, no qual uma população de bactérias resistentes a antibióticos pode emergir em uma taxa anormalmente rápida de uma população aparentemente suscetível.
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Na verdade, a “heterorresistência” foi inicialmente mencionado na década de 1940. Mas o fenômeno é muito desafiador de estudar e, sem uma definição clara, os cientistas têm dificuldade para comparar suas observações.
“Todos se referiram a ‘heterorresistentes’ de maneiras diferentes — não havia um padrão a ser seguido”, Omar El-Halfawyum microbiologista da Universidade de Regina, no Canadá, disse ao Live Science. Algumas pessoas use o termo para descrever uma situação em que vários tipos de bactérias com diferentes níveis de tolerância a antibióticos coinfectam uma pessoa. Outros usam para descrever um cenário em que dois testes diferentes de suscetibilidade a antibióticos dão resultados diferentes.
Determinado a resolver a questão, em 2015 El-Halfawy revisado todo estudo que ele pudesse encontrar que descrevesse heterorresistência. Em última análise, ele decidiu, a heterorresistência ocorre quando alguma fração de uma população de cultura bacteriana pode suportar uma concentração de antibiótico muito maior do que o resto da população. Os cientistas adotaram essa definição em 2015, e o número de publicações revisadas por pares sobre heterorresistência aumentou desde então duplicou.
Enganando o teste
A fração de bactérias resistentes em uma população heterorresistente pode variar de 1 em 1 milhão a 1 em 10.000. É tão raro que os testes de microbiologia clínica padrão são facilmente sinto falta disso.
“Basicamente, o que você está tentando fazer é detectar uma agulha resistente em um palheiro de células suscetíveis”, disse Weiss.
Embora as bactérias frequentemente passem de suscetíveis a resistentes aos antibióticos, essa transição geralmente ocorre em pequenos incrementos e ao longo de pelo menos vários dias. Com heteroresistência, a transição é quase imediato.
A mudança entre suscetível e resistente e depois vice-versa confunde análises de teste.
“Toda vez que você cultiva uma cepa, ela vai crescer um pouco diferente”, disse Weiss. “Em um dia, ela pode aparecer como resistente; no dia seguinte, pode ser suscetível. Na verdade, “ter resultados de testes inconsistentes e discrepantes era como uma marca registrada da cepa ser heterorresistente”.
O padrão teste de suscetibilidade a antibióticos funciona assim: uma população de bactérias, em uma densidade fixa de cerca de 10.000 a 100.000 células em um mililitro de caldo, é dosada com diferentes concentrações de um antibiótico até que parem de se multiplicar ou morram.
Mas, de acordo com Hjort, esse processo não é projetado para detectar heterorresistência. Como esses testes padrão detectam apenas comportamento populacional, fenômenos extremamente raros como heterorresistência serão perdidos. “O erro é enorme, mesmo se usarmos mais bactérias”, disse ela.
Até agora, o único método para detectar heterorresistência é chamado análise populacional perfilamento (PAP). Para realizar este teste, microbiologistas cultivam bactérias durante a noite, colocam algumas em uma série de placas de Petri contendo diferentes concentrações de antibióticos e monitoram o crescimento das bactérias. Como o PAP cobre uma gama de densidades bacterianas, o teste pode captar padrões normalmente não detectados por testes padrão.
Mas o método é trabalhoso, disse Hjort. Quando variáveis extras — como o tipo de antibiótico ou as densidades celulares — são adicionadas à equação, o número de pratos triplica ou quadruplica, disse Sofia Jonssonum estudante de pós-graduação da Universidade de Uppsala que trabalha com Hjort.
“Se você fizer um experimento grande, pode ser 200 placas para contar”, e cada placa pode ter centenas de colônias bacterianas para contar, Jonsson disse à Live Science. Por ser tão tedioso, o PAP não é feito rotineiramente em um ambiente clínico.
Weiss especulou que, para detectar heterorresistência, testes futuros precisariam monitorar bactérias em nível de célula única e ter uma resolução de 1 em 1 milhão de células. Alguns pesquisar já está fazendo progressos nessa direção, disse ele, mas nenhum desses desenvolvimentos chegou à clínica ainda.
Isso é crucial porque, com um teste rápido, pacientes com infecções bacterianas heterorresistentes podem receber os medicamentos certos desde o início, em vez de ter sua doença piorando por dias ou semanas antes que os médicos experimentem medicamentos que funcionem.
Resolvendo o caso
Como a heterorresistência ocorre sem mutações genéticas permanentes, a equipe de Hjort queria saber se havia alterações temporárias no genoma bacteriano que pudessem explicar o fenômeno.
A partir da observação de Hjort, dois grupos de bactérias poderiam ter pelo menos uma diferença óctupla na tolerância a antibióticos dentro de uma população heterorresistente. Para descobrir o porquê, ela testado um punhado de estirpes de bactérias multirresistentes, como Escherichia coli, Salmonela entérica, K. pneumoniae e Bactéria Acinetobacter baumannii contra 28 antibióticos. Essas bactérias “gram-negativas” tem uma membrana externa que os protege de substâncias tóxicas. Nenhuma nova classe de antibióticos que tenha como alvo bactérias gram-negativas foi aprovada no últimos 50 anos.
Usando uma técnica de sequenciamento do genoma completo, Hjort e colegas descobriram que algumas bactérias se tornaram heterorresistentes porque fizeram cópias temporárias de genes existentes que as ajudaram fugir dos antibióticos.
No início deste ano, eles expandiu o estudo para incluir a bactéria gram-positiva Staphylococcus aureus que causa infecções comuns na pele. Essas bactérias não têm membranas externase seus mecanismos de resistência são geralmente diferentes daqueles das cepas gram-negativas.
Hjort e sua equipe testado para resistência a antibióticos contra 40 amostras de pacientes contendo S. aureus que foram isoladas de pacientes de hospitais na Dinamarca, Noruega, Espanha e Suécia. Testes padrão sugeriram que todas as bactérias poderiam ser tratadas com todos os seis antibióticos.
No entanto, o resultado do PAP revelou heterorresistência a mais da metade desses antibióticos. Essas bactérias não tinham genes típicos de resistência a antibióticos e não tinham feito cópias espontâneas de genes que eram protetores como as bactérias gram-negativas tinham.
Em vez disso, a heterorresistência se correlacionou com mutações pontuais cromossômicas — mudanças em pares de bases simples em vários genes — que poderiam ser revertidas se outra mutação ocorresse. Ainda não está claro o que essas mutações fazem e por que a heterorresistência pareceu surgir apenas contra certos medicamentos.
Mas a variabilidade em como a heterorresistência surge, dependendo do medicamento e das espécies envolvidas, sugere que as abordagens de tratamento precisarão ser diferentes, disse Hjort.
A busca continua
Cientistas agora relataram heterorresistência bacteriana contra quase todas as classes de antibióticos. Hjort acha que um conjunto de dados clínicos muito maior é necessário para entender completamente a ligação entre heterorresistência e resultados de pacientes.
Uma boa maneira de começar, ela disse, é entender adequadamente como essas bactérias desenvolvem sua heterorresistência.
Weiss concordou.
Ao conhecer o mecanismo de ação, “podemos desenvolver novos medicamentos que podem reverter a heterorresistência e tornar a bactéria suscetível ao medicamento original”, disse ele. “É sempre melhor conhecer seu inimigo.”
