Covid 19: esiste una “firma microbica” nei pazienti gravi?

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Covid 19: esiste una “firma microbica” nei pazienti gravi?

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Stato dell’arte
Il collasso respiratorio è associato a un aumento della mortalità da Covid-19. Mancano biomarcatori nelle vie aeree inferiori validati per predire outcome clinici.

Cosa aggiunge questo studio
In questo studio è stata verificata l’eventuale correlazione tra infezioni respiratorie batteriche, risposta immunitaria dell’ospite e il decorso clinico di 589 pazienti Covid gravi in respirazione assistita.

Conclusioni
L’acquisizione di patogeni respiratori ospedalieri non sembra essere associata a esiti fatali, ma un’elevata carica virale e la presenza di microrganismi commensali del cavo orale, una debole risposta immunitaria e un particolare profilo trascrittomico hanno invece mostrato un buon potere predittivo di mortalità. Ridurre la replicazione virale e massimizzare la risposta immunitaria dell’ospite, più che combattere infezioni secondarie, potrebbe essere la strategia per ridurre la mortalità da Covid-19.

Per ridurre efficacemente la mortalità da Sars-Cov-2 l’attenzione andrebbe posta più sulla componente microbica, intesa come l’espressione di commensali del cavo orale, i livelli di replicazione virale e di risposta immunitaria del paziente, piuttosto che sulla gestione di infezioni respiratorie secondarie contratte in ambiente ospedaliero. Queste ultime  vanno sempre trattate adeguatamente, ma non sembrano incidere sulla sopravvivenza. 

È quanto concludono Imran Sulaiman e colleghi della New York University Grossman School of Medicine di New York, in uno studio di recente pubblicato su Nature Microbiology

Coronavirus, co-infezioni e super-infezioni batteriche

Dal 17 novembre 2019, inizio di quella che si sarebbe trasformata nella ben nota pandemia da Sars-Cov-2 o Covid-19, sono circa 200 milioni i casi nel mondo con altri 4 milioni di decessi. 

Dato il rapido propagarsi dell’infezione nonché la sua novità nel campo scientifico, le cure e le procedure per il suo contenimento e gestione si sono delineate giorno dopo giorno. 

Benché la maggior parte dei casi sia stato (e sia) asintomatico o con sintomatologia leggera, una parte dei pazienti sviluppa sintomi gravi che richiedono ospedalizzazione e ventilazione assistita. 

Come per altre infezioni virali, la mortalità è stata inizialmente attribuita in parte a co-infezioni batteriche o a super-infezioni. Ma è lo stesso per Sars-Cov-2? Da cosa dipende realmente la speranza di sopravvivenza una volta escluse la preesistenza di patologie respiratorie considerando che il principale target del virus siano proprio le vie aeree? 

Rispondere a queste domande è stato l’obiettivo dello studio statunitense con il fine ultimo di direzionare gli sforzi medici e assistenziali verso interventi ad alto impatto. 

Lo studio sul microbiota del cavo orale

Per farlo, è stato applicato l’approccio di next generation sequencing (NSG) alla componente microbica (RNA e DNA di virus, batteri e funghi) polmonare e delle vie aeree inferiori di 589 pazienti Covid ospedalizzati associandolo a una valutazione immunitaria e all’outcome clinico (guarigione, condizione stabile, aggravamento, decesso). Di seguito i principali risultati. 

Partendo dall’osservazione del decorso clinico sulla base delle condizioni iniziali del paziente al ricovero e gli interventi sanitari si è visto come:

  • broncoscopia o tracheotomia potessero significativamente aumentare le speranze di vita. Simile trend positivo per un’ossigenazione venosa extra-corporale rispetto a dialisi
  • l’uso di idrossiclorochina o azitromicina non ha mostrato un impatto significativo nella sopravvivenza. Di contro, la combinazione di piperacilluna/tazobactam ha dato risultati positivi
  • a 48 ore dall’ospedalizzazione, scarse (12%) sono state le colture batteriche registrate a livello respiratorio e/o circolatorio con pochi casi di positività suggerendo come un’eventuale co-infezione batterica non sia la causa di una condizione di criticità associata a Covid-19. La non associazione è stata quindi confermata da analisi di rischio che hanno però sottolineato come, sebbene non ci sia un aumento di mortalità, la presenza di patogeni sospetti (dal cavo orale in particolare) abbia invece aumentato i tempi di ventilazione meccanica
  • tra i pazienti sottoposti a broncoscopia, quelli positivi per S. aureus, S. epidemidis e K. Pneumoniae hanno registrato un maggior tasso di sopravvivenza

I ricercatori sono quindi passati a valutare la carica virale a due settimane dal ricovero di 142 pazienti ai quali è stato possibile praticare la broncoscopia:

  • mentre i livelli di carica virale delle vie aeree superiori e BAL (liquido alveo-bronchiale) hanno mostrato una certa correlazione, per il 21% dei soggetti questi valori sono risultati più alti rispetto a quanto registrato nell’area sopraglottidea suggerendo una diversa velocità di replicazione in base alla regione respiratoria
  • a differenza della carica virale delle vie aeree superiori, i livelli virali di quelle inferiori hanno dimostrato associazione negativa significativa con la sopravvivenza (maggior carica virale, minor speranza di sopravvivenza). Dati analoghi hanno trovato conferma anche in studi indipendenti
  • correlazione simile anche per l’RNA subgenomico nei campioni di BAL, risultato maggiormente espresso nei pazienti deceduti anche se in pochi casi è stato possibile registrarne la presenza suggerendo ancora una volta come la replicazione virale non avvenga così attivamente nelle vie aeree superiori bensì in quelle inferiori

Considerando le associazioni dimostrate tra la popolazione batterica, la carica virale e gli outcome clinici sono stati esaminati più nel dettaglio i microrganismi coinvolti nonché la loro distribuzione e funzionalità.

  • l’alpha diversity a livello di BAL (quindi vie aeree inferiori) si è mostrata significativamente inferiore rispetto alle vie aeree superiori. Distinzione anche in termini di beta-diversity
  • la carica virale si è mostrata in generale maggiore nelle vie aeree inferiori contrariamente a quella batterica nonostante i pazienti ne abbiano registrato livelli più elevati rispetto ai controlli sani
  • In termini di composizione sia in campioni di BAL sia delle vie superiori è stata registrata la presenza di S. epidermidis, M. salivarium, S. aureus, Prevotella oris e Candida albicans, tutti ceppi commensali del cavo orale 
  • le differenze tassonomiche sono risultate associate agli outcome clinici. In particolare, nei decessi dopo 28 giorni di intubazione si è visto un aumento di fagi Staphylococcus rispetto a decessi precoci. Trend analogo per il commensale orale M. salivarum, opposto invece per P. oris e Candida glabrata (anch’essi ceppi orali) maggiormente espressi nei decessi < 28 giorni
  • dal punto di vista metagenomico non sono state individuate differenze significative come per quello metatrascrittomico. Tra i pathway più espressi nel gruppo di pazienti più gravi/deceduti troviamo attività di segnalazione batterica-virale (enzimi glicosilasi, ossidoreduttasi, trasportatori ecc), di resistenza antibiotica o multi-farmacologica (trimetoprim e composti fenolici). Alterata anche la risposta infiammatoria

Risposta immunitaria diversa da caso a caso

Altro aspetto importante, in generale, per una buona risposta a un virus è la propria risposta immunitaria. Nel caso di Sars-Cov-2, i ricercatori hanno qui misurato i livelli di anticorpi anti-spike e anti-RBD (receptor binding domain) nei campioni di BAL osservando come:

  • in entrambi I casi, i livelli di IgG, IgA and IgM sono risultati significativamente superiori nei pazienti rispetto ai controlli sani. Le IgG sia anti-spike sia anti-RBD si sono tuttavia mostrate inferiori nei pazienti deceduti rispetto a quelli guariti
  • down-regolazione per geni trascriventi IgG e IgA nel sottogruppo con il peggior decorso con, di contro, un aumento invece nella segnalazione del pathway della sirtuina (noto per esser coinvolto nell’invecchiamento, difesa, gluconeogenesi-lipogenesi) e ferroptosi (meccanismo di morte cellulare ferro-dipendente). STAT3 e ACSL, entrambi regolatori di ferroptosi, sono infatti risultati meno espressi in questo gruppo rispetto a chi è sopravvissuto
  • differenze nell’espressione di svariati pathways anche tra i decessi entro e oltre il 28° giorno. Tra questi, la secrezione insulinica, la degradazione di noradrenalina, il metabolismo di xenobiotici ecc. hanno registrato una minor attività nel gruppo deceduto dopo 28 giorni rispetto ai decessi precoci (< 28) 
  • focalizzandosi sulle sole cellule immunitarie, nel gruppo deceduto >28 giorni di intubazione si è osservato un consistente arricchimento di mastociti e neutrofili rispetto ai < 28 giorni. Aumento generale anche di macrofagi infiammatori, linfociti T, cellule di memoria tra i soggetti con outcome peggiore

Da ultimo, sono stati analizzate interazioni tra microrganismi, microrganismo-ospite e metascrittomica dell’ospite stesso per verificarne un eventuale impatto sul decorso della malattia.

  • un cluster comprensivo di 504 taxa ha mostrato un significativo incremento nei deceduti e in pazienti con sopravvivenza inferiore ai 28 giorni. A farne parte ad esempio, M. salivarium, Bifidobacterium breve e Lactobacillus rhamnosus (commensale intestinale), S. epidermis, Mycoplasma hominis (batteri urogenitali), il fago VB_PmiS-Isfahan (anche noto come Proteus virus Isfahan) o i funghi C. albicans, C. glabrata e Candida orthopsilosis
  • tre moduli (M175, M277 e M718) riassuntivi di geni dell’ospite co-espressi in risposta a Sars-Cov-2
  • in termini di metatrascrittomica, la mortalità ha trovato associazione con l’attivazione di IFN-alfa, andando quindi a spiegare l’infiammazione caratteristica della malattia

Conclusioni

Per riassumere quindi, questo studio presenta per la prima volta una valutazione del microbioma delle vie aeree inferiori attraverso approcci di metagenomica e metatranscrittomica applicati a pazienti Covid critici.

L’abbondanza di Sars-Cov-2 delle vie aeree inferiori (non superiori) è risultata associata con la mortalità come del resto la risposta immunitaria specifica, meno attiva in pazienti con un peggior decorso clinico

Il ruolo di microrganismi commensali del cavo orale, M. salivarium per esempio, merita invece un maggior approfondimento. 

Bloccare la replicazione virale sostenendo la risposta immunitaria sembrerebbero quindi essere le strategie migliori nella lotta a questo virus.

Silvia Radrezza
Laureata in Farmacia presso l’Univ. degli Studi di Ferrara, consegue un Master di 1° livello in Ricerca Clinica all’ Univ. degli Studi di Milano. Borsista all’Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri IRCCS dal 2017 al 2018, è ora dottoranda in Scienze Farmaceutiche presso l’Univ. degli Studi di Milano.

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