Diversidade microbiana e perfis de resistência antimicrobiana no trato respiratório de pacientes com bronquiectasias

Abstract

Bronchiectasis is a condition characterized by abnormal and irreversible dilation of the bronchi, resulting from damage to lung tissues, which has shown a significant increase in global incidence, becoming the third most common chronic respiratory disease. This condition can be classified into two main groups: cystic fibrosis and non-cystic fibrosis bronchiectasis. The progression of both diseases is mediated by a vortex of vicious damage driven by three main factors: recurrent infections, inflammation triggered by the infection, and lung damage. Considering that microbial infections are related to disease progression, shotgun metagenomic characterization can help understand the potential impacts of microbiota composition between different groups, in addition to assessing relevant information about the lung resistome. In this study, we evaluated the microbiome and antimicrobial resistance patterns in representative samples from the lower and upper respiratory tracts of patients diagnosed with cystic fibrosis or non-cystic fibrosis bronchiectasis, as well as healthy individuals. Both groups of patients presented distinct microbial compositions and resistance gene profiles in the lower respiratory tract when compared to healthy individuals. We observed a reduction in species diversity in both pathological groups, possibly related to the predominance of pathogens and the chronic use of antimicrobial agents. The upper respiratory tract showed high microbiome similarity in the three studied groups, highlighting the limited potential of nasopharyngeal samples in microbial screening and clinical decisions. Differential abundance analysis underscored the importance of members of the Burkholderiaceae family in cystic fibrosis as a distinguishing factor in relation to non-cystic fibrosis bronchiectasis. Furthermore, the resistome analysis demonstrated a clear distinct resistance profile between both diseases. Associated with this difference, the comparison among the resistome and the sensitivity tests carried out in the clinical practice proved to be in agreement, emphasizing the high potential of metagenomic analyses in the selection of antimicrobials. In this context, the importance of recognizing cystic fibrosis and non-cystic fibrosis bronchiectasis as different stands out, considering differences in microbial composition and resistome, and avoiding extrapolation of clinical management between the two.

As bronquiectasias são doenças caracterizadas por uma dilatação anormal e irreversível dos brônquios, resultado de danos nos tecidos pulmonares, as quais têm apresentado um significativo aumento na incidência global, tornando-se a terceira doença respiratória crônica mais frequente. Essa condição é classificada em dois grupos principais: fibrose cística e bronquiectasia não fibrocística. A progressão de ambas as doenças é mediada por um vórtice de dano vicioso, onde três fatores principais se retroalimentam: infecções recorrentes, quadro pró-inflamatório e danos teciduais pulmonares. Considerando que as infecções microbianas se relacionam com a progressão da doença, a caracterização metagenômica por shotgun pode auxiliar na compreensão de potenciais impactos da composição da microbiota entre os diferentes grupos, além de fornecer informações relevantes sobre o resistoma pulmonar. Neste estudo, avaliamos o microbioma e padrões de resistência antimicrobiana em amostras representativas do trato respiratório inferior e superior de pacientes diagnosticados com fibrose cística ou bronquiectasia não fibrocística, bem como de indivíduos saudáveis. Ambos os grupos de pacientes apresentaram composições microbianas e perfis de genes de resistência distintos no trato respiratório inferior quando comparados aos indivíduos saudáveis. Observamos uma redução na diversidade de espécies nos grupos patológicos, possivelmente relacionada à predominância de patógenos e ao uso crônico de antimicrobianos. Dados do trato respiratório superior evidenciaram alta similaridade no microbioma dos três grupos de estudo, destacando o potencial limitado de análises a partir de amostras de nasofaringe na triagem e decisões clínicas. A análise de abundância diferencial destacou a importância dos membros da família Burkholderiaceae na fibrose cística como um fator distintivo em relação à bronquiectasia não fibrocística. Além disso, a análise dos dados de resistoma demonstraram que o perfil de resistência entra as duas doenças apresenta clara distinção. Associado a essa diferença, o resistoma e testes de sensibilidade realizados na pratica clínica se mostraram concordantes, destacando o alto potencial das análises metagenômicas na seleção de antimicrobianos. Nesse contexto, destaca-se a importância do reconhecimento das duas bronquiectasias como diferentes, tendo em vista diferenças de composição microbiana e resistoma, evitando extrapolação de condutas clinicas entre ambas.