Publicação

Global evolution history, biogeographical distribution and emergence of drug resistance by the latin american and mediterranean (L4.3) family of mycobacterium tuberculosis

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A tuberculose (TB) é ainda considerada como uma das principais doenças e que suscita bastante preocupação a nível de saúde pública, em particular entre países membros da Comunidade dos Países de Língua Portuguesa (CPLP). Uma das características distintivas da estrutura populacional do Mycobacterium tuberculosis reside na elevada prevalência da família Latin-American and Mediterranean (LAM), que constitui um clade monofilético sob a linhagem 4.3, parte da Linhagem 4. De uma perspectiva filogeográfica, a L4.3 apresenta uma distribuição bastante ampla cuja origem permanece ainda desconhecida. Acresce que algumas das suas sublinhagens demonstraram já trajetórias microevolutivas distintas que têm vindo a culminar na multirresistência (MDR) e resistência extensiva (XDR), destacando-se em Portugal as estirpes Lisboa3 e Q1. O objetivo deste estudo consistiu na utilização de vastos conjuntos de dados genómicos, publicamente disponíveis, obtidos por sequenciação de alto rendimento e com vista à reconstrução da história evolutiva da sublinhagem 4.3/LAM, região de origem e padrão de dispersão no Mundo. Foi empregue análise filogenética de máxima verosimilhança e Bayesiana integrando informação disponível relativamente ao ano de isolamento e origem década isolado clínico incluído no estudo. Procurou-se ainda caracterizar a associação das diversas sublinhagens de L4.3/LAM com a resistência aos antibacilares e respectivos mecanismos de resistência. Em paralelo, foram pesquisadas assinaturas de seleção positiva em epitopos de células T e B e, em todos os genes presentes no genoma do M. tuberculosis com o intuito de identificar novos mediadores de resposta do hospedeiro e respetivo processo de diversificação. Este estudo compreendeu desta forma uma coleção global de 1695 isolados de M. tuberculosis L4.3/LAM. Os resultados obtidos demonstraram uma estrutura populacional diversificada e de ampla distribuição geográfica, com a maioria dos isolados originários da África (49,8%), Américas (21,6%) e Europa (4,1%). A amostra estudada foi igualmente classificada em 10 sublinhagens diferentes e específicas de L4.3; dentre estes, os mais abundantes foram a L4.3.4.2.1 com 651 (38,4%) isolados, L4.3.3 com 449 (26,5%) e L4.3.4.2 com 204 (12%). Em termos de distribuição de resistência aos antibacilares, com base na predição genotípica in silico, a amostra estudada continha 335 (19,8%) isolados MDR, 116 (6,8%) isolados Pré-XDR, 12 (0,7%) isolados existentes à rifampicina (RR)-TB e 1076 (63,5%) isolados sensíveis. Em relação à distribuição de resistência entre sublinhagens, 157 (46,9%) dos 335 isolados MDR pertencem à L4.3.3, 71 (21,2%) à L4.3.4.2 e 53 (15%) à L4.3.2. Em relação aos isolados pré-XDR, 63 (54,3%) dos 166 isolados pertencem à L4.3.4.2, 42 (36,2%) à L4.3.3 e 7 (6%) à L4.3.4.1. Estes resultados sugerem uma predominância das sublinhagens L4.3.3 e L4.3.4.2 o que diz respeito às estirpes L4.3 resistentes enfatizando uma possível associação a processos de aquisição de resistência mais frequentes. No que diz respeito à v região de origem dos isolados e respetiva relação com a resistência, a maioria dos casos L4.3/LAM MDR ocorre nas Américas (69.3%) e na Europa (20.3%), com a África a compreender apenas 7,2% dos casos. Como resultado, apesar de 844 (49,8%) dos isolados do estudo serem provenientes da África, a MDR-TB por L4.3/LAM encontra-se associada principalmente às Américas e Europa. Em paralelo, foi possível identificar e examinar a distribuição de variantes associadas à resistência para prever a resistência fenotípica a amostra estudada. São descritas as sublinhagens com maior número de isolados resistentes e foram encontradas evidências que corroboram que mutações duplas específicas tendem a estar associadas a sublinhagens específicas. Em seguida, para examinar a evolução, diversificação e dispersão global da L4.3/LAM, reconstruímos a filogenia da sublinhagem L4.3/LAM com base em 58,129 SNPs genómicos de elevada qualidade. A árvore filogenética de máxima verosimilhança é congruente com a existência de quatro clades principais (Clades A-D). O clade A compreende L4.3 sensu stricto, L4.3.1 e L4.3.1.1 que neste estudo são predominantemente encontrados na Europa e Ásia e estão associados principalmente a estirpes pansusceptíveis. O clade B compreende L4.3.2 e L4.3.2.1 e reflete uma divisão claramente visível entre ambas as sublinhagens não apenas do ponto de vista filogenético, mas também em relação à sua distribuição na América do Sul e África Austral, respetivamente. Ainda assim, dentro deste clade, é discernível um cluster MDR que se acredita ter surgido na Argentina (65,5%) e, portanto, estar na base de um maior grau de associação de L4.3.2 com MDR comparativamente a L4.3.2.1. Os clades C (compreendendo apenas L4.3.3) e D (compreendendo L4.3.4, L4.3.4.1, L4.3.4.2 e L4.3.4.2.1) consistem em dois clades irmãos e dos quais o clade C é notoriamente associado à América do Sul e diferentes regiões do Europa, enquanto o clade D está principalmente associado à África Oriental, América do Sul e Sul da Europa. A análise baseada em SNPs permitiu ainda identificar 206 clusters genómicos distintos tendo em conta um limiar de 5 SNP. De um modo geral, e examinando a fração de isolados agrupados de cada sublinhagem, os dados mostram taxas de clustering que variaram entre 0-1, destacando-se a L4.3.2 com 57% (n=66/116) de isolados agrupados, L4.3.2.1 49% (n=43/87), L4.3.4.2 53% (n=109/204), e L4.3.4.2.1 60% (n=392/651). Estes resultados sugerem uma maior transmissibilidade por M. tuberculosis LAM/4.3 dos clades B (L4.3.2) e D (L4.3.4) e que também é corroborado pelas menores distâncias médias terminais observados na árvore filogenética. De forma a complementar e enquadrar a análise filogenética no espaço e no tempo, foi realizada a reconstrução ancestral e datação molecular através de métodos de máxima verosimilhança e/ou análise Bayesiana. Segundo as estimativas obtidas, as estirpes LAM/4.3 vi terão surgido pela primeira vez na América do Sul na primeira metade do século XVI. Tendo isso em mente, os resultados sugerem que a disseminação da estirpe L4.3/LAM estará intimamente associada à história do colonialismo e expansão marítima europeia com especial ênfase para o papel de Portugal na disseminação desta estirpe no Mundo. Finalmente, dois métodos diferentes foram usados para analisar e caracterizar a diversificação corrida em epitopos de células T e B, bem como a diversificação génica na história evolutiva das estirpes L4.3/LAM. Apenas dois epitopos em dois genes distintos apresentaram evidências de seleção positiva com suporte estatístico, ambos genes PPE envolvidos na resposta do hospedeiro e cujos resultados aqui encontrados carecem de estudos adicionais a confirmar a importância e ocorrência destas mutações na resposta imunitária do hospedeiro. Relativamente ao conjunto de genes analisados, foram identificados vários genes envolvidos na virulência e resistência a antibióticos, incluindo Rv1196 (mtb39a), Rv3426, Rv2170, Rv0277c (vapC25), Rv2158c (murE), Rv2363 (amiA2), Rv2380c (mbtE) e Rv3869, sob seleção positiva. Estes resultados sugerem que existirão diversos genes com papel relevante no processo adaptativo decorrente da evolução da sublinhagem L4.3/LAM. Concluindo, os resultados aqui apresentados destacam a importância da família ou sublinhagem L4.3/LAM num contexto macroepidemiológico global, destacando-se o enorme grau de associação de por algumas sublinhagens à resistência os antibacilares, incluindo a diversidade de mecanismos que lhe está subjacente. Importa ainda caracterizar de forma mais profunda os mecanismos que estão na base funcional do sucesso desta estirpe e qual o papel inerente aos fenómenos de diversificação dos genes e epitopos aqui identificados.
Autores principais:	Villasana, Ana Paula
Assunto:	Tuberculosis Lineage 4.3 LAM Phylogenetic analysis Teses de mestrado - 2022
Ano:	2022
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso embargado
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	A tuberculose (TB) é ainda considerada como uma das principais doenças e que suscita bastante preocupação a nível de saúde pública, em particular entre países membros da Comunidade dos Países de Língua Portuguesa (CPLP). Uma das características distintivas da estrutura populacional do Mycobacterium tuberculosis reside na elevada prevalência da família Latin-American and Mediterranean (LAM), que constitui um clade monofilético sob a linhagem 4.3, parte da Linhagem 4. De uma perspectiva filogeográfica, a L4.3 apresenta uma distribuição bastante ampla cuja origem permanece ainda desconhecida. Acresce que algumas das suas sublinhagens demonstraram já trajetórias microevolutivas distintas que têm vindo a culminar na multirresistência (MDR) e resistência extensiva (XDR), destacando-se em Portugal as estirpes Lisboa3 e Q1. O objetivo deste estudo consistiu na utilização de vastos conjuntos de dados genómicos, publicamente disponíveis, obtidos por sequenciação de alto rendimento e com vista à reconstrução da história evolutiva da sublinhagem 4.3/LAM, região de origem e padrão de dispersão no Mundo. Foi empregue análise filogenética de máxima verosimilhança e Bayesiana integrando informação disponível relativamente ao ano de isolamento e origem década isolado clínico incluído no estudo. Procurou-se ainda caracterizar a associação das diversas sublinhagens de L4.3/LAM com a resistência aos antibacilares e respectivos mecanismos de resistência. Em paralelo, foram pesquisadas assinaturas de seleção positiva em epitopos de células T e B e, em todos os genes presentes no genoma do M. tuberculosis com o intuito de identificar novos mediadores de resposta do hospedeiro e respetivo processo de diversificação. Este estudo compreendeu desta forma uma coleção global de 1695 isolados de M. tuberculosis L4.3/LAM. Os resultados obtidos demonstraram uma estrutura populacional diversificada e de ampla distribuição geográfica, com a maioria dos isolados originários da África (49,8%), Américas (21,6%) e Europa (4,1%). A amostra estudada foi igualmente classificada em 10 sublinhagens diferentes e específicas de L4.3; dentre estes, os mais abundantes foram a L4.3.4.2.1 com 651 (38,4%) isolados, L4.3.3 com 449 (26,5%) e L4.3.4.2 com 204 (12%). Em termos de distribuição de resistência aos antibacilares, com base na predição genotípica in silico, a amostra estudada continha 335 (19,8%) isolados MDR, 116 (6,8%) isolados Pré-XDR, 12 (0,7%) isolados existentes à rifampicina (RR)-TB e 1076 (63,5%) isolados sensíveis. Em relação à distribuição de resistência entre sublinhagens, 157 (46,9%) dos 335 isolados MDR pertencem à L4.3.3, 71 (21,2%) à L4.3.4.2 e 53 (15%) à L4.3.2. Em relação aos isolados pré-XDR, 63 (54,3%) dos 166 isolados pertencem à L4.3.4.2, 42 (36,2%) à L4.3.3 e 7 (6%) à L4.3.4.1. Estes resultados sugerem uma predominância das sublinhagens L4.3.3 e L4.3.4.2 o que diz respeito às estirpes L4.3 resistentes enfatizando uma possível associação a processos de aquisição de resistência mais frequentes. No que diz respeito à v região de origem dos isolados e respetiva relação com a resistência, a maioria dos casos L4.3/LAM MDR ocorre nas Américas (69.3%) e na Europa (20.3%), com a África a compreender apenas 7,2% dos casos. Como resultado, apesar de 844 (49,8%) dos isolados do estudo serem provenientes da África, a MDR-TB por L4.3/LAM encontra-se associada principalmente às Américas e Europa. Em paralelo, foi possível identificar e examinar a distribuição de variantes associadas à resistência para prever a resistência fenotípica a amostra estudada. São descritas as sublinhagens com maior número de isolados resistentes e foram encontradas evidências que corroboram que mutações duplas específicas tendem a estar associadas a sublinhagens específicas. Em seguida, para examinar a evolução, diversificação e dispersão global da L4.3/LAM, reconstruímos a filogenia da sublinhagem L4.3/LAM com base em 58,129 SNPs genómicos de elevada qualidade. A árvore filogenética de máxima verosimilhança é congruente com a existência de quatro clades principais (Clades A-D). O clade A compreende L4.3 sensu stricto, L4.3.1 e L4.3.1.1 que neste estudo são predominantemente encontrados na Europa e Ásia e estão associados principalmente a estirpes pansusceptíveis. O clade B compreende L4.3.2 e L4.3.2.1 e reflete uma divisão claramente visível entre ambas as sublinhagens não apenas do ponto de vista filogenético, mas também em relação à sua distribuição na América do Sul e África Austral, respetivamente. Ainda assim, dentro deste clade, é discernível um cluster MDR que se acredita ter surgido na Argentina (65,5%) e, portanto, estar na base de um maior grau de associação de L4.3.2 com MDR comparativamente a L4.3.2.1. Os clades C (compreendendo apenas L4.3.3) e D (compreendendo L4.3.4, L4.3.4.1, L4.3.4.2 e L4.3.4.2.1) consistem em dois clades irmãos e dos quais o clade C é notoriamente associado à América do Sul e diferentes regiões do Europa, enquanto o clade D está principalmente associado à África Oriental, América do Sul e Sul da Europa. A análise baseada em SNPs permitiu ainda identificar 206 clusters genómicos distintos tendo em conta um limiar de 5 SNP. De um modo geral, e examinando a fração de isolados agrupados de cada sublinhagem, os dados mostram taxas de clustering que variaram entre 0-1, destacando-se a L4.3.2 com 57% (n=66/116) de isolados agrupados, L4.3.2.1 49% (n=43/87), L4.3.4.2 53% (n=109/204), e L4.3.4.2.1 60% (n=392/651). Estes resultados sugerem uma maior transmissibilidade por M. tuberculosis LAM/4.3 dos clades B (L4.3.2) e D (L4.3.4) e que também é corroborado pelas menores distâncias médias terminais observados na árvore filogenética. De forma a complementar e enquadrar a análise filogenética no espaço e no tempo, foi realizada a reconstrução ancestral e datação molecular através de métodos de máxima verosimilhança e/ou análise Bayesiana. Segundo as estimativas obtidas, as estirpes LAM/4.3 vi terão surgido pela primeira vez na América do Sul na primeira metade do século XVI. Tendo isso em mente, os resultados sugerem que a disseminação da estirpe L4.3/LAM estará intimamente associada à história do colonialismo e expansão marítima europeia com especial ênfase para o papel de Portugal na disseminação desta estirpe no Mundo. Finalmente, dois métodos diferentes foram usados para analisar e caracterizar a diversificação corrida em epitopos de células T e B, bem como a diversificação génica na história evolutiva das estirpes L4.3/LAM. Apenas dois epitopos em dois genes distintos apresentaram evidências de seleção positiva com suporte estatístico, ambos genes PPE envolvidos na resposta do hospedeiro e cujos resultados aqui encontrados carecem de estudos adicionais a confirmar a importância e ocorrência destas mutações na resposta imunitária do hospedeiro. Relativamente ao conjunto de genes analisados, foram identificados vários genes envolvidos na virulência e resistência a antibióticos, incluindo Rv1196 (mtb39a), Rv3426, Rv2170, Rv0277c (vapC25), Rv2158c (murE), Rv2363 (amiA2), Rv2380c (mbtE) e Rv3869, sob seleção positiva. Estes resultados sugerem que existirão diversos genes com papel relevante no processo adaptativo decorrente da evolução da sublinhagem L4.3/LAM. Concluindo, os resultados aqui apresentados destacam a importância da família ou sublinhagem L4.3/LAM num contexto macroepidemiológico global, destacando-se o enorme grau de associação de por algumas sublinhagens à resistência os antibacilares, incluindo a diversidade de mecanismos que lhe está subjacente. Importa ainda caracterizar de forma mais profunda os mecanismos que estão na base funcional do sucesso desta estirpe e qual o papel inerente aos fenómenos de diversificação dos genes e epitopos aqui identificados.