Galleria mellonella como modelo de infecção e determinação de um índice de patogenicidade de Escherichia coli uropatogênica

Abstract

As cepas de Escherichia coli uropatogênica (UPEC) são responsáveis por 70 a 90% de todas as infecções do trato urinário (ITU) em pacientes, sendo a infecção do trato urinário associada a cateter (ITUAC) uma das mais comuns relacionadas a dispositivos que podem evoluir para a formação de biofilmes bacterianos. Os biofilmes conferem às comunidades bacterianas proteção contra agentes nocivos, como aos antibióticos, e um sistema in vivo pode ser adequado para entender sobre a patologia do biofilme. Além da avaliação de possíveis interações entre hospedeiro e patógeno, a pesquisa em modelos animais é essencial para a determinação da patogenicidade bacteriana. Devido ao alto custo e a conflitos éticos inerentes ao emprego de modelos biológicos convencionais, recentemente tem sido proposto o uso do inseto Galleria mellonella como um modelo in vivo alternativo nas pesquisas. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi estabelecer um novo modelo de avaliação da patogenicidade de cepas UPEC através do uso de larvas de G. mellonella. A dose letal para 50% da população (DL50 média de 108 UFC /larva) foi determinada e foram realizados três ensaios de infecção independentes (n=40 larvas por ensaio) para 50 cepas UPEC. As larvas foram avaliadas de 4 em 4 horas nas primeiras 24 horas e, após, a cada 12 horas por três dias. Com os dados obtidos, determinou-se a taxa de mortalidade e a curva de sobrevivência para cada cepa. Foi elaborado um índice de patogenicidade (IP) com um escore de 0 a 10 para cada cepa, de acordo com a doença larval observada em um período de 72 horas. Além da mortalidade, a motilidade larval, a formação de casulo e a melanização também foram consideradas como variáveis para o cálculo do IP. Outras variáveis comparadas com a patogenicidade das cepas foram a capacidade de formação de biofilme em superfície de poliestireno e a classificação de E. coli em grupos filogenéticos. As larvas foram susceptíveis à infecção por cepas UPEC e estas puderam ser classificadas em grupos de alta, média e de baixa patogenicidade (p<0,05). Houve associação significativa (p<0,05) entre a formação de biofilme a 48 horas e o IP. Contudo, não houve relação (p>0,05) entre o IP e os grupos filogenéticos. Os resultados demonstram que o modelo de G. mellonella é capaz de caracterizar as cepas UPEC quanto a sua patogenicidade, tornando este modelo biológico um potencial substituto à utilização de animais vertebrados na experimentação.

Strains of uropathogenic Escherichia coli (UPEC) are responsible for 70 to 90% of all urinary tract infections (UTI) in patients, with catheter-associated urinary tract infection (CAUTI) being one of the most common related to devices that can evolve towards the formation of bacterial biofilms. Biofilms provide bacterial communities with protection against harmful agents, such as antibiotics, and an in vivo system may be suitable for understanding biofilm pathology. In addition to evaluating possible interactions between host and pathogen, research on animal models is essential for determining bacterial pathogenicity. Due to the high cost and ethical conflicts inherent in the use of conventional biological models, the use of the insect Galleria mellonella has recently been proposed as an alternative in vivo model. In this context, the objective of the present study was to establish a new model for evaluating the pathogenicity of UPEC strains through the use of G. mellonella larvae. The lethal dose for 50% of the population (average LD50 of 108 CFU/larva) was determined and three independent infection assays were performed (n=40 larvae per assay) for 50 UPEC strains. Larvae were evaluated every 4 hours for the first 24 hours and then every 12 hours for three days. With the data obtained, the mortality rate and survival curve for each strain were determined. A pathogenicity index (PI) was created with a score of 0 to 10 for each strain, according to the larval disease observed over a period of 72 hours. In addition to mortality, larval motility, cocoon formation and melanization were also considered as variables for calculating the PI. Other variables analyzed and compared with the pathogenicity of the strains were biofilm formation and the classification of E. coli into phylogenetic groups. The larvae were susceptible to infection by UPEC strains and these could be classified into high, medium and low pathogenicity (p<0.05). It was observed that there was an association between biofilm formation at 48 hours and PI (p<0.05). However, there was no relationship (p>0.05) between IP and phylogenetic groups. The results suggest that the G. mellonella model is capable of characterizing UPEC strains regarding their pathogenicity, making this biological model a potential substitute for the use of vertebrate animals.