O crescimento de bactérias multirresistentes representa uma grave ameaça à saúde pública global, sendo a Klebsiella pneumoniae produtora de carbapenemase (KPC) um dos exemplos mais críticos. Essa enzima confere resistência aos antibióticos carbapenêmicos e, associada a outros mecanismos de defesa bacteriana, torna o tratamento de infecções hospitalares extremamente difícil. Em Sergipe, casos de infecções por K. pneumoniae resistentes têm sido registrados, o que reflete o impacto do uso excessivo de antibióticos. Diante do aumento da resistência antimicrobiana, que resultou em 1,27 milhão de mortes em 2019, segundo a OMS, novas estratégias terapêuticas têm sido exploradas, entre elas, o uso de bacteriófagos, vírus que infectam e destroem bactérias. Fagos específicos para K. pneumoniae têm demonstrado potencial terapêutico por produzirem enzimas depolimerases capazes de degradar a cápsula protetora da bactéria e aumentar a eficácia de antibióticos. Neste contexto, a Universidade Federal de Sergipe desenvolve um estudo experimental quali-quantitativo para investigar a presença de Klebsiella sp., seus fagos associados e o perfil de resistência antimicrobiana em amostras de água do Centro Cirúrgico do Hospital de Urgências de Sergipe (HUSE), em Aracaju. Socialmente, o projeto fortalece a segurança dos pacientes e a prevenção de infecções hospitalares. Cientificamente, representa um avanço na busca por alternativas aos antibióticos tradicionais e na compreensão da interação vírus-bactéria em ambientes hospitalares brasileiros.
Palavras-chave: Klebsiella spp.; bacterófagos; resistência antimicrobiana; NGS.
Eloia Emanuelly Dias Silva, Ronaldy Santana Santos, Deise Maria Rego Rodrigues Silva, Pedro Henrique Macedo Moura, Laylla Maria de Freitas Lima, André Gustavo Carvalho de Oliveira, Marina dos Santos Barreto, Lysandro Pinto Borges
Introdução
O surgimento de bactérias multirresistentes é um problema de saúde pública global. Um exemplo crítico dessa resistência é a Klebsiella pneumoniae produtora de carbapenemase (KPC). A KPC é uma enzima do tipo β-lactamase que confere à bactéria resistência aos antibióticos carbapenêmicos, uma classe de fármacos que atua afetando a integridade da parede celular. Além da produção dessa enzima, essas bactérias podem utilizar outros mecanismos de resistência, como alterações cromossômicas, bombas de efluxo ou modificações no alvo enzimático, para evadir outras classes de antibióticos [1, 2].
Infecções hospitalares associadas a fenótipos resistentes de K. pneumoniae são recorrentes. No estado de Sergipe, por exemplo, oito casos de infecção por uma cepa produtora de carbapenemases foram registrados em 2016 no Hospital Regional de Lagarto. Um estudo de Almeida et al. (2020), conduzido em Unidades de Tratamento Intensivo (UTIs) do Hospital Universitário de Sergipe, identificou 10 registros de infecções hospitalares por Klebsiella sp., das quais cinco foram causadas por K. pneumoniae resistentes a antibióticos [3].
O surgimento desses casos é, em grande parte, resultante da intensa pressão seletiva exercida pelo uso ou administração excessivos de antibióticos [3]. Esse cenário foi observado de forma aguda em 2020, quando o governo brasileiro indicou o uso da azitromicina como profilaxia para a COVID-19 [4]. Reforçando esse padrão, um estudo de Lopes et al. (2024) sobre o Sistema Nacional de Gerenciamento de Produtos Controlados (SNGPC) apontou a azitromicina, amoxicilina, ciprofloxacina e cefalexina como os antibióticos mais vendidos no país entre 2014 e 2019 [5].
O impacto da resistência bacteriana é severo: em 2019, a Organização Mundial da Saúde (OMS) reportou 1,27 milhão de mortes globais diretamente decorrentes dessas infecções [6]. Esse contexto alarmante levou à necessidade urgente de desenvolver novos fármacos e estratégias terapêuticas. Entre as abordagens mais recentes, destaca-se a utilização combinada de fármacos e bacteriófagos (fagos) em casos avançados de infecção [7].
Bacteriófagos são organismos virais que infectam exclusivamente bactérias. Eles foram relatados pela primeira vez em 1917 pelo microbiologista francês Félix d’Herelle, que observou um agente desconhecido capaz de crescer em uma cultura de Shigella sp. e causar a lise, ou seja, destruição celular dessas bactérias [8, 9].
O processo de infecção viral é altamente seletivo e inicia-se pela adsorção das partículas virais a receptores específicos na superfície da célula hospedeira. A infecção ocorre por meio de reações eletrostáticas ou por ligações enzimáticas que podem degradar a parede celular, permitindo que o fago injete seu material genético no interior da bactéria. No espaço intracelular, o fago redireciona o metabolismo para a síntese de seus componentes virais [10].
Essa síntese envolve a produção de DNA viral e de proteínas estruturais para a montagem de novos vírions (partículas virais completas). A montagem começa pela formação do prócapsídeo, seguida da inserção do DNA viral por meio de canais proteicos regulados por enzimas de empacotamento. Outras proteínas são destinadas à produção da cauda e do pescoço, completando a estrutura do novo fago [11].
Fagos associados a K. pneumoniae foram reportados em diversos locais, como água de esgoto, águas residuais e amostras intestinais humanas. Uma característica notável desses fagos é a expressão de enzimas chamadas despolimerases de polissacarídeos, responsáveis por degradar a cápsula polissacarídica protetora da bactéria [2]. A expressão dessas enzimas permite que os fagos penetrem os biofilmes produzidos pelas colônias de K. pneumoniae, favorecendo a virulência do fago, a lise bacteriana e, potencialmente, aumentando a permeabilidade de fármacos antibióticos. A atividade dessas enzimas pode ser identificada em experimentos pela observação de halos ao redor das zonas de lise celular, sendo um indicador do espectro de ação do fago [8, 10].
A caracterização dos fagos de Klebsiella é, portanto, crucial. Ela visa identificar sua especificidade em relação ao hospedeiro no contexto dos mecanismos de resistência, além de investigar alterações na expressão das enzimas despolimerases. Esse processo de caracterização pode ser realizado por meio de técnicas de sequenciamento genético do genoma viral e pelo uso de microscopia eletrônica para identificar especificidades morfológicas nos fagos [2].
Alinhado à perspectiva da resistência antimicrobiana e do potencial terapêutico dos bacteriófagos, um estudo experimental de abordagem quali-quantitativa está começando a ser desenvolvido na Universidade Federal de Sergipe com o objetivo geral de investigar a presença de Klebsiella sp., seus fagos associados e o perfil de sensibilidade antimicrobiana em amostras de água coletadas no Centro Cirúrgico do Hospital de Urgências de Sergipe (HUSE), em Aracaju, capital sergipana.
A metodologia terá início com a coleta de duas amostras independentes de 80 mL de água de cada lavatório. O processamento se iniciará pela análise bacteriológica das amostras pelo método do Número Mais Provável (NMP), adaptado de Silva et al. (2017), inoculando amostras em caldo lactosado bile verde brilhante (VB). Confirmada a presença de coliformes, será realizada a semeadura em Ágar MacConkey (MAC) para o isolamento de Klebsiella sp., identificável por suas colônias mucoides e róseo-avermelhadas [11].
Colônias isoladas serão então transferidas para ágar Mueller-Hinton para o antibiograma por disco-difusão (ANVISA), testando os antibióticos azitromicina, amoxicilina, ciprofloxacina e cefalexina, selecionados com base no estudo de Lopes et al. (2024) [5]. Após a incubação, os halos de inibição serão medidos, enquanto outras colônias serão isoladas em meio Cary-Blair para o cocultivo com fagos (Figura 1).
Figura 1. Procedimento de identificação das colônias e as seguintes etapas. Fonte: próprio autor; Biorender, 2025.
Paralelamente, para o isolamento dos bacteriófagos, a segunda amostra de água será centrifugada, conforme El-Khal (2016) e obtido um concentrado viral [8]. Este concentrado será inoculado no meio Cary-Blair contendo as colônias de Klebsiella sp. e, após 12h de incubação, a presença de fagos específicos será confirmada pela formação de placas de lise. O material dessas zonas de lise passará por purificação (adaptada de El-Khal, 2016, e Sharma et al., 2025), incluindo centrifugação, nova filtração e tratamento com DNAses e RNAses. A pureza do DNA viral será validada por PCR e eletroforese em gel de agarose que indicará a pureza para o sequenciamento. O DNA viral puro será sequenciado pela técnica de sequenciamento de nova geração (NGS) com o Illumina MiSeq.
Por fim, a análise dos dados será realizada no software RStudio, onde os diâmetros dos halos de lise e dos halos de inibição serão analisados estatisticamente (Análise de Variância e Kruskal-Wallis). A análise bioinformática das sequências permitirá a identificação dos fagos via BlastN e a investigação de alterações genéticas em comparação com sequências de referência.
Importância dessa iniciativa
Socialmente, a pesquisa tem impacto direto e imediato na segurança dos pacientes e dos usuários do hospital. Ao focar no Centro Cirúrgico do Hospital de Urgências de Sergipe (HUSE), o estudo atua como uma ferramenta vital de vigilância epidemiológica. Identificar Klebsiella sp. resistente em reservatórios de água neste local serve como um alerta precoce para a gestão de risco hospitalar.
Essa iniciativa pode permitir a implementação de medidas de controle de infecção mais eficazes e auxiliar na prevenção de surtos de infecções hospitalares que aumentam o tempo de internação, os custos de tratamento e, tragicamente, as taxas de mortalidade. Para a população de Sergipe, que depende do HUSE para atendimentos emergenciais, garantir a segurança microbiológica de seus procedimentos invasivos é uma contribuição inestimável para a saúde pública regional.
No âmbito científico, o projeto é de grande relevância por não se limitar a apenas documentar o problema da resistência; ele busca ativamente uma solução inovadora. A investigação vai além do perfil de sensibilidade aos antibióticos convencionais e mergulha na bioprospecção de bacteriófagos no mesmo ambiente hospitalar. Esta abordagem é crucial, pois os fagos são os predadores naturais das bactérias e representam uma das mais promissoras alternativas terapêuticas na era pós-antibiótico.
Ao isolar e caracterizar fagos específicos para as cepas de Klebsiella resistentes encontradas no HUSE, a pesquisa estabelece a base fundamental para o desenvolvimento de terapias fágicas direcionadas. Este estudo contribui com dados inéditos sobre a ecologia viral-bacteriana em um ambiente hospitalar brasileiro e abre caminho para a criação de “coquetéis” de fagos customizados, capazes de tratar infecções que hoje são consideradas intratáveis pelos medicamentos disponíveis.
Referências
[1] WANG, G. et al. The Characteristic of Virulence, Biofilm and Antibiotic Resistance of Klebsiella pneumoniae. International Journal of Environmental Research and Public Health, v. 17, n. 17, p. 6278. 2020.
[2] HERRIDGE, W. P. et al. Bacteriophages of Klebsiella spp., their diversity and potential therapeutic uses. Journal of Medical Microbiology, v. 69, n. 2, p. 176-194. 2020.
[3] DING, L. et al. Klebsiella pneumoniae carbapenemase variants: the new threat to global public health. Clinical Microbiology Reviews, v. 36, n. 4, p. e0000823, 2023.
[4] BRASIL. Tratamento precoce contra Covid-19 é defendido por médicos para aumentar chance de cura. Gov.br, 2020.
[5] LOPES, L. C. et al. Consumption of antibiotics in Brazil – an analysis of sales data between 2014 and 2019. Antimicrobial Resistance & Infection Control, n. 13, p. 60, 2024.
OMS. Antimicrobial resistance. 2023.
[6] SILVA, E. E. D. et al. Emerging challenges in bacterial resistance: prospects for the strategic use of bacteriophages. Anais da Academia Brasileira de Ciências, v. 96, p. e20240466, 2024.
[7] D’HERELLE, F. H. On an invisible microbe antagonistic toward dysenteric bacilli: brief note by Mr. F. D’Herelle, presented by Mr. Roux. Research in Microbiology, v. 158, n. 7, p. 553-554. 1917.
[8] EL-KHAL, A. Isolamento e caracterização genômica de bacteriófagos quanto ao seu potencial de uso terapêutico em infecções causadas por enterobactérias. 2016. 80f. Mestrado em Ciências da Saúde – Centro de Pesquisas René Rachou, Belo Horizonte, 2016.
[9] STRATHDEE, S. A. et al. Phage therapy: From biological mechanisms to future directions. Cell, v. 186, n. 1, p. 17-31. 2023.
[10] LI, X. et al. Formation of phage lysis patterns and implications on co-propagation of phages and motile host bacteria. PLOS Computational Biology, v. 16, n. 3, p. e1007236, 2020.
[11] SILVA, N. da et al. Manual de métodos de análise microbiológica de alimentos e água, 5. ed. São Paulo: Blucher, 2017.
[12] SHARMA, S. et al. Isolation and characterization of a lytic bacteriophage against Pseudomonas aeruginosa. Scientific Reports, v. 11, p. 19393, 2021.