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Introspecções novas em um Escherichia Coli patogénico aviário e seus riscos à saúde humana

O instituto de Biodesign no cientista Melha Mellata da pesquisa do associado da universidade estadual do Arizona, um membro da equipe do professor Roy Curtiss, está conduzindo um projecto financiado USDA para desenvolver uma vacina contra uma doença principal das aves domésticas chamada Escherichia Coli patogénico aviário (APEC).

O APEC é parte de um grande, grupo diverso de micróbios chamados Escherichia Coli patogénico extra-intestinal (ExPEC). Causam um número de doenças complexas do cérebro, do pulmão e do aparelho urinário no ser humano, nos animais, e nos pássaros. Há igualmente um interesse considerável na comunidade científica que as tensões do APEC se estão transformando um micróbio patogénico emergente do alimento. Os produtos das aves domésticas são uma fonte suspeitada de uma série de infecções de ExPEC, incluindo aquelas que causam a doença humana.

Os E.U. são a indústria principal das aves domésticas no mundo em um valor anual de mais de $50 bilhões, e as infecções de Escherichia Coli são uma ameaça grande, causando milhões nas perdas para a indústria. De acordo com o USDA, os dois tipos os mais comuns de infecções das aves domésticas são das bactérias Escherichia Coli e das salmonelas.

Os antibióticos têm sido por muito tempo a primeira linha de defesa para impedir o APEC, mas têm perdido sua potência, porque as bactérias cresceram cada vez mais resistentes ao tratamento. Como a doença da causa destes micróbios é compreendida deficientemente. Mellata e os colegas no centro do instituto para doenças infecciosas e na vacinologia, conduzidos por Roy Curtiss, foram duros no trabalho compreender os truques moleculars uso destas bactérias iludir o sistema imunitário de um anfitrião.

Agora, em um papel publicado no jornal PLoS um (http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0004232), a equipe de Mellata analisou a seqüência do ADN de um elemento genético crítico do APEC que contem diversos genes responsáveis para provocar seus efeitos prejudiciais. Além, comparando estes genes a uma coleção de tensões de ExPEC do ser humano, mostraram que Escherichia Coli humano e aviário pode levar os mesmos elementos decausa, que podem aumentar o risco humano de infecção das aves domésticas.

“A melhor maneira de impedir esta infecção é desenvolver uma vacina,” disse Mellata. “Nossa ideia é proteger finalmente aves domésticas e seres humanos encontrando um grupo de genes comuns contra todo o Escherichia Coli extra-intestinal.” Com este conhecimento novo do APEC, o grupo espera levar a cabo a revelação de diversos candidatos vacinais novos.

Seus resultados de pesquisa mais atrasados ajudam o estreito a busca genética para a causa de infecções do APEC. Previamente, tinha mostrado que uma circular, segmento longo do ADN de 100.000 pares baixos, chamou um plasmídeo, era responsável para causar a doença. Sem o plasmídeo, o APEC torna-se dócil, perdendo sua força decausa.

Os plasmídeo, em um jogo evolucionário das alto-estacas póquer, são trocados livremente entre as bactérias a fim ganhar as vantagens---ou no caso de Escherichia Coli patogénico, para ser mais inteligente que seus concorrentes por animais de colonização e por doença da causa. Ao longo do tempo, cada plasmídeo transforma-se uma edredão de retalhos da informação do ADN, contendo as peças do ADN trocadas entre biliões de encontros bacterianos.

Sua equipe aproveitou-se dos avanços os mais atrasados no ADN que arranja em seqüência para analisar as 103.275 letras químicas completas do ADN que compo o plasmídeo, chamadas pAPEC-1.

O esforço multidisciplinar envolveu a experiência de diversos pesquisadores de ASU, incluindo Jeff Touchman, uma escola do professor da ciência da vida que especializa-se na bioinformática. Igualmente utilizou MEGA4, um programa de software desenvolvido pelo laboratório de Sudhir o Kumar do colega de Biodesign que é usado por mais de 50.000 cientistas no mundo inteiro para seguir para trás e comparar a história evolucionária de todo o segmento do ADN.

Do “arranjar em seqüência ADN e análise da bioinformática são as ferramentas muito poderosas que contribuem inteiramente em compreender a virulência do APEC, e fornecem avenidas novas da pesquisa,” disse Mellata.

O ABCs do APEC

Em tudo, o grupo encontrou 31 genes importantes para a virulência bacteriana, com mais de um quarto (26 por cento) conservado na outra espécie. Quase a metade das proteínas feitas por estes genes (46 por cento) não teve nenhuma similaridade às proteínas que foram depositadas em uma base de dados pública do gene.

Entre a doença que causa partes do plasmídeo pAPEC-1 são umas séries de genes que compo as proteínas responsáveis para traficar nutrientes dentro e fora das bactérias, chamadas os transportadores de ABC, que podem ser usados para desenvolver candidatos vacinais. Além do que a nutrição, ajuda de muitos a outra transportadores de ABC as bactérias ilude toxinas usos de um anfitrião lutar fora a infecção.

A maioria dos genes que causam os efeitos prejudiciais do APEC são responsáveis para a aquisição do ferro. O ferro é um elemento chave necessário para a saúde bacteriana, e os sistemas redundantes dos usos da parcela pAPEC-1 a adquirir custe o que custar e sustentar então o ferro. Mellata especula que somente as bactérias que têm as estratégias para adquirir o ferro confiscado pelo anfitrião podem sobreviver em ameias específicas e conseqüentemente causar infecções sangue-carregadas, e as bactérias podem precisar estes sistemas múltiplos da aquisição do ferro de adaptar-se às mudanças do ambiente.

Para procurar a presença destes genes do APEC nos seres humanos, Mellata trabalhou com uma coleção de cem amostras clínicas humanas de tensões de ExPEC isoladas das infecções urinárias e não-urinárias do intervalo pelo Dr. James R. Johnson do centro médico do VA na universidade de Minnesota. Sua equipe encontrou que Escherichia Coli humano e aviário pode levar os mesmos plasmídeo decausa, indicar lá é um risco que o APEC pode ser transmitido, ou seu material genético transmitido das aves domésticas aos seres humanos.

Estes genes comuns podiam ser considerados como candidatos potenciais para uma vacina.

Durante sua pesquisa, a equipe igualmente descobriu encontrar que poderia ter implicações largas para compreender as estratégias que as bactérias se usam para trocar o material genético. Os plasmídeo podem adquirir mais genes da virulência ou transformar as bactérias benignas nos micróbios patogénicos prejudiciais por sua capacidade para transferir de suas próprias bactérias do anfitrião nas bactérias destinatárias novas. Analisando a seqüência do ADN do plasmídeo pAPEC-1 e testando o mecanismo de transferência de pAPEC-1, Mellata e sua equipe descobriram uma maneira nova que os plasmídeo se usassem para mover das bactérias uma para outra. Este sistema consiste sequestrar a maquinaria de transferência de outros plasmídeo do ajudante actuais nas mesmas bactérias.

Para criar uma vacina para o projecto do USDA, os genes do APEC shuttled nas bactérias das salmonelas nas esperanças de provocar uma resposta imune protectora contra as salmonelas e o Escherichia Coli. Esta vacina do dever dobro podia proteger povos não somente contra o risco aumentado de APEC que causa a doença humana, mas igualmente contra a doença foodborne a mais comum, as salmonelas.

Mellata sente que agora que sua equipe identificou muitos do gene do APEC os visa se usará, representa o fim do começo de sua viagem da pesquisa para desenvolver uma vacina que forneça a saúde melhorada das aves domésticas, um benefício econômico aos produtores e a segurança alimentar aumentada.

“O problema agora está compreendendo a virulência do APEC assim como as salmonelas para encontrar uma maneira que proteja contra todos os tipos das bactérias,” disse Mellata.