Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego han desarrollado una técnica de detección microbiana tan sensible que les permite detectar tan solo 50-100 células bacterianas presentes en una superficie. Y lo que es más, pueden analizar muestras de manera más eficiente, hasta cientos de muestras en un solo día.

La técnica fue validada tomando muestras de cientos de superficies en tres entornos diferentes:la Instalación de Montaje de Naves Espaciales en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el Instituto de Tecnología de California; la unidad de cuidados intensivos neonatales (UCIN) en Jacobs Medical Center en UC San Diego Health; y una instalación de cría de abulón blanco en peligro de extinción en el Centro de Ciencias Pesqueras del Suroeste de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) en La Jolla, Calif.

Detalles de la técnica, llamado KatharoSeq, se publican el 13 de marzo en la revista mSystems . ("Katharos" en griego significa "puro, "y" Seq "es la abreviatura de secuenciación). KatharoSeq ya ha revelado nuevos conocimientos sobre los tres sitios de prueba que podrían ayudar a optimizar la forma en que se ensambla el Mars 2020 Rover, cómo se rastrean las bacterias en los hospitales, y cómo el abulón blanco en peligro de extinción se cría y se devuelve a la naturaleza.

"Cuanto más sabemos sobre las comunidades microbianas en un entorno determinado, es más probable que podamos remodelarlos para mejorar la salud ambiental y humana, "dijo el autor principal Rob Knight, Doctor, profesor de pediatría e informática e ingeniería, y director del Center for Microbiome Innovation en UC San Diego.

Esto es lo que KatharoSeq ha revelado hasta ahora:

La instalación de ensamblaje de naves espaciales en el laboratorio de propulsión a chorro es donde la NASA construye naves espaciales y maquinaria para ser lanzadas al espacio. Los ingenieros y el personal deben tener en cuenta cada organismo biológico enviado al espacio para evitar la contaminación de otros planetas.

En esta parte del estudio, El equipo de Knight se preguntó si KatharoSeq podría detectar microbios en lo que se cree que es una instalación estéril. De los tres sitios probados, la instalación de montaje de naves espaciales tenía la menor diversidad microbiana. Pero las bacterias todavía estaban presentes:KatharoSeq detectó 32 tipos. El tipo más abundante fue Acinetobacter Iwoffi , que está asociado con el tráfico de personas.

El equipo de Knight ahora trabajará con el personal del Laboratorio de Propulsión a Chorro para crear un mapa de los microbios que viven en la instalación durante los próximos seis meses. incluido el Mars 2020 Rover. Su objetivo es enviar un rover estéril a Marte.

La UCIN en Jacobs Medical Center en UC San Diego Health es relativamente nuevo:el hospital de especialidades avanzadas de 245 camas abrió en La Jolla a fines de 2016, aproximadamente cuatro meses antes de que se recolectaran las muestras para este estudio. La NICU de 52 habitaciones fue diseñada para brindarle a cada bebé y a su familia una habitación privada, con la idea de que no solo proporcionaría una mejor experiencia al paciente, pero también prevenir la propagación de la infección entre esta población vulnerable.

En este estudio, las muestras de la UCIN contenían más especies bacterianas que la instalación de montaje de naves espaciales, pero menos que la instalación de cría de abulón blanco. De acuerdo con otros hallazgos hospitalarios, los investigadores que utilizaron KatharoSeq encontraron que las bacterias estafilocócicas eran el tipo más prominente en la instalación, la mayoría de los cuales eran residente inofensivo de la piel Staphylococcus epidermidis .

La UCIN tiene dos secciones:una con mayor agudeza (una proporción más alta de proveedor de atención médica por paciente) y otra con menor agudeza. El equipo encontró más bacterias estafilocócicas en las superficies del ala de alta agudeza, que en el momento del estudio se correlacionó con una tasa de cultivo más alta en esa área (seis cultivos positivos en 14 salas de alta agudeza, frente a seis en cinco de las 37 salas de baja agudeza).

Usando KatharoSeq, Superficies en una de las habitaciones de la UCIN dieron positivo para la bacteria. Serratia marcescens . Sin que el equipo de Knight lo supiera en ese momento, el bebé que se quedó en esa habitación había tenido una infección pulmonar con esa bacteria. Pero notaron que las bacterias estaban ausentes en las habitaciones a ambos lados, apoyando la suposición de que las habitaciones privadas de los pacientes proporcionan una barrera contra las infecciones.

"Todos los hospitales tienen bacterias, ", Dijo Knight." Pero este es el tipo de información que aún no tenemos:qué bacterias se encuentran y dónde, y por cuánto tiempo. El monitoreo de patógenos actualmente requiere tomar muestras de los pacientes y enviarlas para su cultivo. donde los técnicos de laboratorio esperan para ver qué bacterias crecen en una placa de Petri. Ser capaz de monitorear y predecir patógenos por rutina, muestreo no invasivo del entorno construido y secuenciación para identificar las bacterias, en lugar de esperar a que crezcan las culturas, podría ser un enfoque útil para identificar posibles puntos calientes de transmisión que actualmente se desconocen ".

En el futuro, coautor Jae Kim, MARYLAND, profesor clínico asociado de pediatría y nutrición director médico del Programa de apoyo a la nutrición del lactante prematuro, y su equipo esperan investigar las intervenciones probióticas en la UCIN. Quieren saber si el tratamiento de pacientes con bacterias beneficiosas podría ayudar a prevenir la colonización con bacterias patógenas con el tiempo. tanto en el paciente como en el entorno construido de la habitación.

Centro de Ciencias Pesqueras del Suroeste de la NOAA cría abulón blanco en peligro de extinción para ayudar a restablecer sus poblaciones en la naturaleza. Estos mariscos fueron los primeros invertebrados marinos que se agregaron a la lista de especies en peligro de extinción, a fines de la década de 1990. Dado que sus poblaciones han disminuido en parte debido a un síndrome fulminante causado por un tipo de Rickettsia bacterias el control de infecciones es de vital importancia para las instalaciones de cría, particularmente cuando los abulones se transfieren desde otros acuarios. El tanque de abulón blanco recibe agua de mar tratada y filtrada con rayos ultravioleta.

En este estudio, KatharoSeq detectó una comunidad microbiana diversa en los tanques de abulón blanco. Los investigadores encontraron muchos tipos de bacterias marinas, incluyendo especies simbióticas que pueden ayudar a los peces a digerir las algas. El abulón blanco tenía más bacterias en común con el entorno que lo rodeaba que con el abulón rojo cercano. Pero los investigadores no detectaron ninguno de los Rickettsia . Avanzando, El equipo de Knight espera trabajar con la instalación de cría para determinar la composición microbiana óptima del abulón blanco y su entorno circundante para mejorar el éxito del trasplante.

"Cuando se trata de salud humana y ambiental, estéril no es necesariamente mejor, "dijo el coautor Russ Vetter, un científico senior en NOAA Southwest Fisheries Science Center. "Queremos comparar el abulón silvestre y el criado en acuarios, y comprender mejor cómo las bacterias residentes de un abulón criado en un acuario los ayudan o dañan una vez que se liberan en el océano. ¿Necesitan un baño probiótico antes del lanzamiento? ¿O habrá una dieta diferente para ayudar a prepararlos? Aún no lo sabemos ".

Detalles técnicos . El primer autor de este estudio, Jeremías Minich, un estudiante graduado que trabaja en su tesis en el laboratorio de Knight y en el laboratorio de Eric E. Allen, Doctor, profesor asociado en UC San Diego Scripps Institution of Oceanography, Limpió cada uno de estos sitios mientras usaba batas y guantes protectores para evitar la contaminación involuntaria de los entornos. Llevó las muestras al laboratorio en hielo seco, luego los ejecutó a través del típico protocolo de secuenciación de ADN microbiano:extraer el ADN de las muestras, amplificar "códigos de barras" específicos de microbios conocidos como ARNr 16S mediante una técnica llamada reacción en cadena de la polimerasa (PCR), ejecutarlos a través de un secuenciador y analizar los datos.

Lo nuevo en KatharoSeq es que Minich integró una estrategia de agrupación de muestras, controles apropiados positivos y negativos, extracción de ADN de alto rendimiento y un enfoque de limpieza de ADN basado en perlas magnéticas. La mayoría de los investigadores pasan sus muestras a través de un filtro en una columna para purificar el ADN antes de secuenciar, pero Minich y su equipo descubrieron que una gran cantidad de material se pierde inadvertidamente de esa manera. Con KatharoSeq, los investigadores mejoraron su nivel de detección microbiana en aproximadamente dos órdenes de magnitud y aumentaron la velocidad a la que pueden procesar muestras aproximadamente cinco veces, en comparación con los métodos estándar de muestreo y secuenciación.

"Podemos obtener resultados tan pronto como 48 horas después de recibir una muestra biológica, ", Dijo Minich." Y creemos que podríamos hacerlo aún más rápido una vez que lo ampliemos e incorporemos más automatización en el proceso KatharoSeq ".