A difteria é uma doença infecciosa aguda e potencialmente fatal, cujo principal agente etiológico é Corynebacterium diphtheriae. Apesar da vacinação, casos da doença ainda são registrados em todo mundo, inclusive em indivíduos imunizados. Nas últimas décadas, outras espécies do gênero também foram identificadas como potenciais produtoras da toxina diftérica e foram agrupadas no chamado complexo C. diphtheriae. Dentro deste complexo, as espécies emergentes Corynebacterium rouxii e Corynebacterium ulcerans, têm se destacado devido ao seu potencial de transmissão zoonótica, com relevância crescente em saúde pública. Nesse contexto, a obtenção de dados genômicos dessas espécies em circulação no Brasil é imprescindível para melhor entendimento do impacto zoonótico e para realizar a vigilância epidemiológica molecular destes patógenos. Além disso, a comparação dos dados genômicos através da abordagem pangenômica ajuda a compreender a aquisição de determinantes de virulência e resistência a antimicrobianos apresentados por estas espécies, assim como no desenvolvimento de novas estratégias diagnósticas e terapêuticas.
Fernanda Diniz Prates1,2*
, Max Roberto Batista Araújo1,2, Louisy Sanches dos Santos3, Vasco Ariston de Carvalho Azevedo2
Palavras-chave: Corynebacterium rouxii; Corynebacterium ulcerans; pangenômica, virulência, resistência antimicrobiana, zoonose.
1. Introdução
O gênero Corynebacterium inclui 168 espécies válidas, algumas delas patogênicas para humanos e animais [1]. A espécie tipo Corynebacterium diphtheriae é o principal agente etiológico da difteria, uma doença potencialmente fatal, cujas principais manifestações locais e sistêmicas são decorrentes da ação da toxina diftérica (TD), uma exotoxina produzida pelo microrganismo quando lisogenizado por fagos portadores do gene tox [2]. Apesar da diminuição mundial do número de casos da doença reportados após as campanhas de vacinação, a difteria permanece endêmica em algumas regiões e ainda é relatada mesmo entre indivíduos imunizados [3,4].
Além de C. diphtheriae, outras espécies do gênero (Corynebacterium belfantii, Corynebacterium pseudotuberculosis, Corynebacterium rouxii, Corynebacterium silvaticum e Corynebacterium ulcerans) podem carrear o gene tox e, atualmente, formam o chamado complexo C. diphtheriae [5-8].
C. rouxii foi descrito em 2020 com base na taxonomia genômica de seis cepas atípicas maltose negativas, isoladas de humanos e um cão, previamente identificadas como C. diphtheriae biovar Belfanti [9]. Neste mesmo estudo, cepas atípicas do biovar Belfanti isoladas de gatos nos EUA [7] também foram reclassificadas como C. rouxii. Até o momento, os casos mais recentes de infecção por C. rouxii foram relatados nos EUA [10], Alemanha [11], Espanha [12] e Brasil [13].
C. ulcerans, por sua vez, é um patógeno zoonótico emergente que coloniza tanto animais domésticos [14] quanto selvagens [15]. Casos em humanos relacionados ao contato com animais infectados têm sido cada vez mais reportados, reforçando a necessidade de uma vigilância integrada entre saúde humana e veterinária [16]. Tanto cepas toxigênicas quanto atoxigênicas têm sido relatados com crescente frequência em todo o mundo, sendo que as primeiras costumam causar doenças semelhantes à difteria.
Embora estudos recentes tenham explorado a caracterização genômica de C. rouxii e C. ulcerans, ainda há poucos genomas disponíveis em bancos públicos e uma representatividade geográfica limitada, especialmente para C. rouxii, o que restringe a compreensão da real diversidade e distribuição global dessas espécies. Além disso, pouco se sabe sobre a persistência ambiental e sobre os mecanismos de virulência e resistência antimicrobiana que sustentam o potencial patogênico de ambas as espécies. Por fim, o impacto dessas espécies na saúde pública brasileira ainda não foi plenamente dimensionado.
Diante disto, este artigo explora como a abordagem da pangenômica tem sido utilizada para estudar as espécies C. rouxii e C. ulcerans no Brasil, contribuindo para preencher essas lacunas de conhecimento.
2. Discussão
O conceito de pangenoma foi inicialmente proposto para descrever a diversidade genômica de microrganismos, especialmente bactérias, cujos genomas apresentam elevada plasticidade devido à ocorrência frequente de mutações, eventos de recombinação e transferência horizontal de genes. Essa abordagem possibilita a identificação de genes que persistem no genoma de várias linhagens de uma mesma espécie e que apresentam mutações mínimas ao longo do tempo, assim como de genes frequentemente associados à virulência, à resistência a antimicrobianos e à adaptação a diferentes tipos de nichos [17].
O pangenoma é geralmente dividido em três componentes principais: o genoma central (core genome), formado por genes compartilhados por todas as linhagens de uma mesma espécie e que geralmente codificam proteínas que desempenham papéis significativos em vários processos celulares críticos e essenciais para a sua sobrevivência [18]; o genoma compartilhado (shared), constituído por genes presentes em algumas linhagens de uma determinada espécie, mas não tem todas, e que podem codificar proteínas envolvidas em funções suplementares que conferem vantagens seletivas; e os genes exclusivos (singletons), restritos a uma única linhagem, frequentemente relacionados a eventos recentes de aquisição horizontal ou mutações pontuais (Figura 1) [17,19].
Figura 1. Diagrama de Venn representando os componentes de um pangenoma: genoma central (*), genoma compartilhado (●) e genes exclusivo (∆).
Diversos pipelines têm sido desenvolvidos para realizar análises pangenômica, cada um com funcionalidades específicas. Como exemplo temos o Roary, uma ferramenta eficiente para genomas anotados pelo Prokka, que realiza a identificação de genes ortólogos via BLASTP e geração de matrizes de presença/ausência de genes (https://sanger-pathogens.github.io/Roary/) [20] e o Panaroo, que utiliza grafos de associação para identificar genes ortólogos com maior precisão, corrigindo erros de anotação e fragmentação de genes (https://github.com/gtonkinhill/panaroo) [21]. Há também o pipeline BPGA (Bacterial Pan Genome Analysis), que permite o agrupamento de genes por similaridade, classificação funcional com base em COGs (Clusters of Orthologous Groups), além de vários outros módulos de funcionalidade (Figura 2) [22].
Figura 2. Módulos de funcionalidade disponível no BPGA.
A aplicação da pangenômica vai além da análise genômica básica. Essa categorização permite não apenas compreender os mecanismos evolutivos que moldam o repertório gênico de uma espécie, mas também identificar potenciais alvos candidatos para o desenvolvimento de novas vacinas e métodos diagnósticos mais assertivos. A abordagem tem sido ainda muito utilizada na vigilância epidemiológica, auxiliando na detecção precoce de surtos, no rastreamento de rotas de transmissão e na diferenciação entre linhagens endêmicas e emergentes, mesmo em contextos de alta diversidade genômica [23]. Também tem sido muito utilizada na análise da interação patógeno-hospedeiro, contribuindo na caracterização de fatores de virulência, genes de resistência a antimicrobianos e genes que possam estar relacionados com a modulação da resposta imune [24].
Figura 3. Principais aplicações da pangenômica na genômica de microrganismos.
Devido à sua versatilidade, a abordagem pangenômica é de grande utilidade nos estudos envolvendo C. rouxii e C. ulcerans. Ela tem revelado, por exemplo, determinantes genéticos relevantes para virulência, adaptação a diferentes ambientes e hospedeiros, e resistência antimicrobiana nestas espécies. Combinada com outras análises computacionais e laboratoriais, a pangenômica tem auxiliado na compreensão de eventos evolutivos nestas espécies, além de ser uma potencial ferramenta para o entendimento do seu impacto zoonótico. No contexto da Saúde Única (One Health), que reconhece a conexão entre humanos, animais e o meio ambiente, o conhecimento adquirido sobre estas espécies é essencial para orientar políticas de controle e promover ações preventivas contra a difteria e outras infecções relacionas a estas espécies.
3. Conclusão
A integração entre a saúde humana, animal e ambiental é fundamental para enfrentar os desafios impostos pelas doenças infecciosas, pois permite compreender a origem e a dinâmica dessas doenças, prevenir surtos e monitorar a disseminação da resistência antimicrobiana. Nesse contexto, a pangenômica tem se destacado como uma ferramenta útil para caracterizar a diversidade genética e identificar genes associados à adaptação e ao potencial zoonótico de espécies como C. rouxii e C. ulcerans. Quando combinada com outras metodologias computacionais e integrada a dados experimentais e epidemiológicos, a pangenômica tende a fortalecer a vigilância epidemiológica, apoiar a identificação de novos alvos para diagnóstico e intervenção terapêutica, e fornecer informações que podem subsidiar políticas públicas baseadas mais eficazes.
4. Referências
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