Se estimează că infecțiile tractului urinar (ITU) afectează 250 de milioane de oameni din întreaga lume în fiecare an.
În Statele Unite 13,7% dintre bărbați și 60% dintre femei au avut o infectie urinara in timpul vietii lor si 24% dintre femei au dezvoltat UTI recurentă (rUTI) în decurs de 6 luni de la episodul inițial.
Deoarece UTI sunt, de obicei, tratate cu antimicrobiene, ciclul de tratament și recurența este un teren fertil pentru selectarea rezistentei la antibiotice (AR).
- coli uropatogene (UPEC) sunt cei mai comuni agenți cauzali ai UTI.
Tractul urinar nu a fost examinat inițial în cadrul Proiectului Microbiomului Uman (HMP) care a început în 2007 deoarece urina fost considerată sterilă la indivizii sănătoși (Zasloff M, 2007).
Frecvența mai mare a infecțiilor tractului urinar (ITU) la femei decât la bărbați a condus la ideea că sursa colonizării vezicii urinare este genitală datorită dimensiunii mici a uretrei feminine (Hooton, 2001). Prin analogie, acest lucru a condus la ipoteza că microbiota vezicii urinare, este de origine vaginală, neglijând faptul că bărbații au și ITU (Wagenlehner et al., 2014) și o microbiotă urinară.
Dezvoltarea unor tehnici de secvențiere și culturi mai sensibile și mai specifice pentru probele cu biomasă scăzută au arătat că tractul urinar sănătos a fost locuit de comunități diverse și complexe de microbi.
Evoluția analizei microbiomului urinar – Metodologie și limitări
În mod tradițional, detectarea microorganismelor în tractul urinar s-a bazat pe uroculturi standard (Figura 1), implementate în laboratoarele de microbiologie clinică. Aceste metode permit doar detectarea unui număr limitat de microorganisme, în principal bacterii aerobe și cu creștere rapidă, cum ar fi Escherichia coli (Garcıá și Isenberg, 2010; Wolfe și Brubaker, 2015).
Microorganismele anaerobe caracterizate prin creștere lentă sau bacterii cu nevoi complexe de nutrienți nu sunt, totuși, detectate folosind această abordare.
Analiza metagenomică folosind Next Generation Sequencing (NGS) a facilitat caracterizarea cantitativă a microbiomilor, oferind informații despre populațiile microbiene și ajutând la descoperirea microbilor necultivați (Wolfe și Brubaker, 2015; Ishihara și colab.,2020). Două abordări ar putea fi luate în ceea ce privește tehnicile NGS: secvențierea ampliconilor și secvențierea genelor(shotgun) (Figura1).
Prima constă în analiză bazată pe PCR (polymerase chain reaction) concentrată pe un marker genetic. Un marker genetic este o genă sau o secvență ADN cu o locație cunoscută pe un cromozom care poate fi utilizată pentru a identifica indivizi sau specii), cum ar fi subunitatea ARNr 16S, cu nouă regiuni hipervariabile (V1-V9) care permit identificarea diferitelor specii bacteriene și secvențe interregionale (Wolfe și Brubaker, 2015; Aguilera-Arreola et al., 2016).
Figura 1. Metode de identificare microbiană pentru probele de urină – metode bazate pe cultura microbilor (standard și înbunătățită )sau metoda secvențierii (amplicon sau shotgun) (
Al doilea permite secvențializarea întregului microbiome (materialele genetice ale microbiotei) într-o mare varietate de probe (Jovel și colab., 2016), inclusiv componente non-bacteriene, cum ar fi viruși sau ciuperci (Moustafa și colab., 2018).
NGS a permis identificarea speciilor comensale și patogene, precum și identificarea de noi uropatogeni emergenti (Fouts et al., 2012; Lewis et al., 2013; Nienhouse et al., 2014).
Cu toate acestea, o limitare a metodelor bazate pe secvențializarea ADN-ului este incapacitatea acesteia de a arăta viabilitatea bacteriilor identificate. Din acest motiv se recomandă utilizarea protocolului de urocultură cantitativă îmbunătățită (EQUC – enhanced quantitative urine culture) pentru a studia viabilitatea bacteriilor în urină (Figura 1) (Price și colab., 2016).
Un studiu recent (Dubourg et al., 2020) sugerează că originea microbiotei urinare este intestinul. Acești autori arată că 64% dintre speciile identificate în probele de urină, utilizând culturi și metode bazate pe secvențierea genei ARNr 16S, se suprapun cu speciile identificate în microbiota intestinală, în timp ce doar 31% se suprapun cu speciile izolate din vagin.
Concluzii
Se pare că intestinul, vaginul și vezica urinară reprezintă o trifectă de situsuri anatomice implicate în comun în patogeneza ITU, microbiota rezidentă fie servind ca un rezervor potențial al bacteriilor uropatogene, fie protejându-ne de potențialul lor de a provoca ITU.
Corelația dintre urobiom (comunitățile microbiene din tractul urinar) și afecțiuni clinice, cum ar fi: ITU, vezica hiperactivă, incontinența urinară, unele forme de incontinență urinară,sindromul de vezică dureroasă,prostatitele constituie obiectivul cercetării a numeroase proiecte, în curs de desfășurare.
Corectarea microbiotei /microbiomului intestinal ar trebui să fie un obiectiv esential în prevenirea/tratamentul unor afecțiuni ale aparatului urinar, în primul rând al infecțiilor recurente.
Bibliografie
- Aguilera-Arreola M. G., Martí nez-Peña M. D., and Herná ndez-Martí nez F. (2016). Cultivation-Independent Approach for the Direct Detection of Bacteria in Human Clinical Specimens as a Tool for Analyzing Culture-Negative Samples: A Prospective Study. Springerplus 5, 332. doi:10.1186/s40064-016-1949-3
- Dubourg G., Morand A., Mekhalif F., Godefroy R., Corthier A., Yacouba A., et al. (2020). Deciphering the Urinary Microbiota Repertoire by Culturomics Reveals Mostly Anaerobic Bacteria From the Gut. Front. Microbiol. 11, 513305. doi: 10.3389/fmicb.2020.513305
- Fouts D. E., Pieper R., Szpakowski S., Pohl H., Knoblach S., Suh M. J., et al. (2012). Integrated Next-Generation Sequencing of 16S rDNA and Metaproteomics Differentiate the Healthy Urine Microbiome From Asymptomatic Bacteriuria in Neuropathic Bladder Associated With Spinal Cord Injury. J. Trans. Med. 10, 174. doi: 10.1186/1479-5876-10-174
- Hooton, T. M. (2001). Recurrent urinary tract infection in women. Int. J. Antimicrob. Agents 17, 259-268.
- Ishihara T., Watanabe N., Inoue S., Aoki H., Tsuji T., Yamamoto B., et al. (2020). Usefulness of Next-Generation DNA Sequencing for the Diagnosis of Urinary Tract Infection. Drug Discov. Ther. 14 (1), 42–49. doi: 10.5582/ddt.2020.01000
- Jovel J., Patterson J., Wang W., Hotte N., O’Keefe S., Mitchel T., et al. (2016). Characterization of the Gut Microbiome Using 16S or Shotgun Metagenomics. Front. Microbiol. 7, 459. doi:10.3389/fmicb.2016.00459
- Lewis D. A., Brown R., Williams J., White P., Jacobson S. K., Marchesi J. R., et al. (2013). The Human Urinary Microbiome; Bacterial DNA in Voided Urine of Asymptomatic Adults. Front. Cell. Infect. Microbiol. 3, 41 (41). doi: 10.3389/ fcimb.2013.00041
- Moustafa A., Li W., Singh H., Moncera K. J., Torralba M. G., and Yu Y. (2018). Microbial Metagenome of Urinary Tract Infection. Sci. Rep. 8 (1), 4333. doi: 10.1038/s41598-018-22660-8
- Nienhouse V., Gao X., Dong Q., Nelson D. E., Toh E., and McKingley K. (2014). Interplay Between Bladder Microbiota and Urinary Antimicrobial Peptides: Mechanisms for Human Urinary Tract Infection Risk and Symptom Severity. PloS One 9 (12), e114185. doi:10.1371/journal.pone.0114185
- Perez-Carrasco V et al. Urinary Microbiome – Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2021, vol. 11, art. 617002, https://doi.org/10.3389/fcimb.2021.617002
- Price T. K., Dune T., Hilt E. E., Thomas-White K. J., Kliethermes S., and Brincat C. (2016). The Clinical of Urine Culture: Enhanced Techniques Improve Detection of Clinically Relevant Microorganisms. J. Clin. Microbiol. 54 (5), 1216–1222. doi: 10.1128/JCM.00044-16
- Wagenlehner, F. M., Weidner, W., Pilatz, A., and Naber, K. G. (2014). Urinary tract infections and bacterial prostatitis in men. Curr. Opin. Infect. Dis. 27, 97–101. doi:10.1097/qco.0000000000000024
- Wolfe A. J., and Brubaker L. (2015). “Sterile Urine” and the Presence of Bacteria. Eur. Urol. 68(2), 173–174. doi: 10.1016/j.eururo.2015.02.041
- Zasloff M. (2007). Antimicrobial Peptides, Innate Immunity and the Normally Sterile Urinary Tract. J. Am. Soc. Nephrol. 18 (11), 2810–2816. doi: 10.1681/ ASN.2007050611