Um rascunho do genoma de Escherichia coli do século XVI associado a uma infecção biliar oportunista

Aug 09, 2023

Biologia das Comunicações volume 5, Número do artigo: 599 (2022) Citar este artigo

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Escherichia coli – uma das bactérias mais caracterizadas e um grande problema de saúde pública – permanece invisível em toda a paisagem temporal. Aqui, apresentamos a reconstrução meticulosa do primeiro genoma antigo de E. coli de um cálculo biliar do século XVI de uma múmia italiana com colecistite crônica. Nós isolamos DNA antigo e reconstruímos o antigo genoma de E. coli. Consistia em um cromossomo de 4446 genes e dois plasmídeos putativos com 52 genes. A estirpe de E. coli pertencia ao filogrupo A e a uma sequência excepcionalmente rara do tipo 4995. Os genes componentes do sistema de secreção tipo VI parecem ser adquiridos horizontalmente a partir de Klebsiella aerogenes, no entanto não conseguimos identificar quaisquer genes patovares específicos nem quaisquer resistências antibióticas adquiridas. Um ensaio de sepse em camundongos mostrou que uma cepa contemporânea de E. coli estreitamente relacionada era avirulenta. Nossa reconstrução desta antiga E. coli ajuda a pintar um quadro mais completo da carga de infecções oportunistas do passado.

A recuperação de DNA patógeno antigo (aDNA) de vítimas humanas tem se concentrado quase exclusivamente em eventos de mortalidade historicamente significativos, como a Peste Negra, revelando a história evolutiva de patógenos canônicos como Yersinia pestis, Mycobacterium tuberculosis1 e vírus Variola. Em contraste, grande parte da morbidade e mortalidade humana é o resultado de infecções oportunistas, que muitas vezes permanecem invisíveis no passado. Patógenos oportunistas, aqueles sem registros históricos - como Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus - foram pouco estudados em relação a seus encargos contemporâneos para as pessoas hoje2. Eles são definidos por sua capacidade de infectar durante períodos de estresse, desequilíbrio ou perturbação enquanto são comensais ou saprofíticos3. As infecções oportunistas provavelmente desempenharam um papel importante na mortalidade humana em nosso passado compartilhado e, portanto, tiveram um impacto mais amplo na saúde humana do que pode ser ou foi medido.

Um fator de confusão na identificação de patógenos historicamente pouco estudados é que as infecções resultantes provavelmente foram principalmente oportunistas. Ou seja, colonizaram seus ambientes hospedeiros de forma assintomática, não deixando patologias identificáveis ​​e, como tal, não são facilmente identificadas em restos humanos4. Os estudos de DNA antigo normalmente se concentram em patógenos obrigatórios, como M. leprae, Salmonella enterica e Y. pestis, que são facilmente correlacionados com eventos de mortalidade patologicamente distintos ou historicamente relevantes e, como tal, são facilmente distinguidos como estranhos em dados de leitura metagenômica humana antiga5, 6,7. As infecções oportunistas têm o ônus adicional de autenticação devido à sua onipresença como contaminantes ambientais e de cepas comensais modernas. A identificação histórica desses patógenos permitiria uma avaliação cuidadosa de sua história evolutiva e do continuum comensal-patógeno definido pelo ganho e perda de conteúdo gênico à medida que as cepas modulam em direção ou longe da virulência do hospedeiro.

E. coli é um desses patógenos. É uma bactéria comensal comum encontrada no microbioma intestinal de vertebrados8 que também pode se tornar um patógeno oportunista sob condições específicas9. A E. coli tem um impacto tão grande em nossos sistemas de saúde que é objeto de vários esforços de desenvolvimento de vacinas para mitigar os efeitos das cepas mais patogênicas10. Tendo sido responsável por vários surtos de intoxicações alimentares e se tornado um dos principais patógenos de mortes causadas por resistência antimicrobiana, a E. coli é, portanto, uma bactéria-chave utilizada na vigilância em saúde pública11.

A amostragem global de cepas de E. coli produz uma árvore com vários grupos filogenéticos únicos e patovares12 intercalados. Enquanto as relações filogenéticas entre cepas são construídas com base na similaridade genética, os patovares são definidos pelas características de virulência de seus membros. Em muitos casos, os membros do mesmo patovar se agrupam no mesmo clado, no entanto, como os genes de virulência podem ser adquiridos horizontalmente, alguns patovares - como E. coli enteroagregativa - são distribuídos em vários grupos filogenéticos12. Essa impressionante diversidade e os estados evolutivos transitórios entre as cepas de E. coli destacam sua plasticidade genômica e versatilidade evolutiva ao longo desse continuum mencionado anteriormente. Genomas antigos de E. coli forneceriam informações úteis sobre as forças que influenciam o surgimento de comensalismo e patogenicidade em bactérias. Aqui, descrevemos a reconstrução de um genoma de E. coli do século XVI caracterizado a partir do cálculo biliar de um nobre italiano — Giovani d'Avalos (1538–1586) — destacando um genoma com características comensais.