Streptococcus pneumoniae

Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae) ou pneumococo (Figura 1.1A) é uma bactéria Gram-positiva, anaeróbica facultativa, catalase negativa, com forma de cocos. Quando cultivada em agar sanguíneo, lisa eritrócitos e provoca a oxidação do ferro ligado à hemoglobina, originando uma cor esverdeada à volta das colónias (α-hemolíticas) [1]. Esta bactéria foi isolada pela primeira vez em 1881 por Pasteur que a identificou como a principal responsável pela pneumonia [2]. O pneumococo coloniza a nasofaringe (parte superior do trato respiratório) com taxas de 5-30% e 30-50% em adultos e crianças saudáveis, respetivamente [3]. São conhecidos mais de 92 serotipos de S. pneumoniae sendo que alguns destes serotipos estão antigenicamente relacionados (tais como os serotipos 9A, 9N, 9L, e 9V) enquanto outros não apresentam semelhanças (como os serotipos 1, 2, 5) [4]. A principal diferença entre os serotipos reside na constituição da sua cápsula polissacarídica. As cápsulas são constituídas por unidades repetidas de polissacarídeos e têm como função proteger a bactéria da degradação pelos fagócitos, sendo essencial na colonização e determinante no grau de virulência da espécie [1], [5]. Os serotipos têm diferentes prevalências e podem apresentar diferentes tipos de resposta inflamatória [6], [7].

A bactéria S. pneumoniae utiliza essencialmente hidratos de carbono como fonte de carbono [8]. No entanto, a complexidade e a disponibilidade reduzida de açúcares no trato respiratório dificultam significativamente sua utilização, o que levou a que estes organismos desenvolvessem mecanismos de transporte apropriados [9]. Assim, cerca de 30% dos mecanismos de transporte de S. pneumoniae são dedicados ao transporte de hidratos de carbono sendo o loci da maioria dos transportadores conservado e diferentes transportadores expressos em diferentes etapas de colonização [10], [11]. Os mecanismos mais usados são os transportadores do tipo ABC (ATP-binding cassette) e os sistemas fosfotransferase sendo cada um deles mais adequado para determinado tipo de moléculas: Os transportadores ABC são energeticamente mais dispendiosos que os sistemas fosfotransferase, mas são mais eficientes para moléculas de maior dimensão [12]. Em S. pneumoniae, são conhecidos 21 sistemas fosfotransferase e 8 transportadores ABC que transportam mais de 30 tipos de hidratos de carbono [13]. Esta utilização de nutrientes contrasta com outros colonizadores do sistema respiratório, que não dispõem tantos transportadores de hidratos de carbono, assemelhando-se aos microrganismos presentes na via oral e gastrointestinal com disponibilidade elevada de hidratos de carbono [13]. Em 2011 identificaram em S. pneumoniae uma Adenosina trifosfato hidrólase (ATPase), designada por MsmK, capaz de energizar vários transportadores ABC com a função de incorporar diferentes hidratos de carbono. Esta foi descrita como a primeira ATPase multitarefa num agente patogénico representando vantagens de síntese proteica e energéticas [14].

A bactéria S. pneumoniae é a principal causadora de doenças em crianças, idosos e imunodeficientes, sendo considerado, pela Organização Mundial de Saúde (OMS), o maior problema de saúde pública [15] As doenças podem resultar pela sobre-colonização e propagação da bactéria a partir da nasofaringe, ou ainda, por invasão de órgãos ou eritrócitos. A pneumonia pneumocócica,

meningite, bacteremia febril, otite média e bronquite são as principais doenças provocadas pela S.

pneumoniae (Figura 1.1B) [16].

Figura 1.1: Representação do pneumococo e principais zonas afetadas no ser humano. Ilustração digital do pneumococo (A, adaptado de D. H. Engholm et al.) [17] Ilustração de algumas zonas afetadas pelo pneumococo e respetivas designação do tipo de infeção (B). O pneumococo é transmitido via aerossol alojando-se na nasofaringe ou no ouvido (otite). A partir da nasofaringe pode haver uma colonização dos brônquios (bronquite) e dos alvéolos pulmonares (pneumonia). Na colonização dos alvéolos pulmonares ou do ouvido, o microrganismo pode passar para a corrente sanguínea, provocando bacteremia febril e passando a barreira hematoencefálica, pode alojar-se no cérebro (meningite) [16]

1.1.1 Pneumonia

A pneumonia, cuja transmissão se dá por contato direto, consiste numa inflamação no parênquima pulmonar [15], [16]. Os alvéolos e bronquíolos encontram-se preenchidos com um líquido resultante da inflamação que reduz ou impede as trocas gasosas ao nível dos alvéolos levando a dificuldades respiratórias. A pneumonia pode ter origem viral (derivada da infeção com o vírus cincilial), fungica ou bacteriana (pela ação da S. pneumoniae e Haemophilus influenza tipo b) tendo como principais sintomas tosse com expetoração, febre e dificuldades respiratórias. Um sistema imunitário debilitado, a exposição a poluentes e o tabagismo são fatores de risco da doença que atinge sobretudo crianças até aos 5 anos e idosos a partir dos 65 anos [18]. Entre os tipos de pneumonia, a pneumonia pneumocócica é a que provoca mais vítimas mortais a nível mundial, sendo o principal tipo de pneumonia bacteriana [19]. Segundo a OMS, 920 136 crianças com menos de 5 anos faleceram em 2015 com pneumonia (Figura 1.2) [15]. Em 2006, o Fundo das Nações Unidas para a Infância (UNICEF, United nations children's fund) e a OMS lançaram um parecer com o título: “PNEUMONIA: The forgeten killer of children”, no qual alertam para o fato de a pneumonia ser a doença mais mortífera em crianças, com uma mortalidade superior ao vírus de Imunodeficiência Humana/ Sídrome da Imunodeficiência Adquirida vírus (VIH/ SIDA), malária e sarampo juntos [20]. Em 2014, a Direção-Geral da Saúde relatou mais de 42 mil casos de pneumonia que resultaram na morte de 8 132 pessoas em Portugal continental [21].

Figura 1.2: Distribuição da taxa de mortalidade infantil (idade inferior a 5 anos) provocada por pneumonia em 2015.

Os dez países identificados no mapa representam 60% das vítimas mortais registadas a nível mundial. Imagem adaptada do panfleto referente à comemoração do Dia Mundial da Pneumonia a 12 de novembro de 2015 (UNICEF

“World pneumonia Day 2015 Infographic”) [22].

Os primeiros antibióticos a serem introduzidos no tratamento da pneumonia pneumocócica foram as sulfonamidas, que permitiam o tratamento das infeções provocadas até 3 dos serotipos. Em meados do século XX, começou a ser usada a penicilina que se revelou mais eficiente e menos tóxica que as sulfonamidas. Nos anos 70 e 80, registaram-se valores consideráveis de resistência por parte de S.

pneumoniae à penicilina. O motivo foi a disseminação de um pequeno número de clones com alterações genéticas incorporadas por transformação de DNA heterólogo, que resultaram em diferenças estruturais nas proteínas de ligação à penicilina (PBPs :penicillin-binding proteins). Estas alterações estruturais representam um mecanismo de resistência da bactéria ao fármaco já que inibem a ligação da penicilina [2], [23], [24]. O tratamento da pneumonia passou a incluir fluoroquinolonas, como levofloxacina, moxifloxacina e gatifloxaciana, embora mais tarde tenham sido também reportadas estirpes resistentes [25], [26]. A primeira vacina anti-pneumococo surgiu nos anos 80, sendo uma vacina polissacarídea de 23 valências (Pn23) [27]. A Pn23 contém polissacarídeos capsulares de 23 serotipos de S. pneumoniae (Tabela 1.1). Estes polissacarídeos induzem uma resposta imunitária das células B, libertando imunoglobulinas M (IgM) [27]. A Pn23 não apresentava uma resposta imunitária satisfatória em crianças com menos de 2 anos, tendo sido desenvolvidas vacinas polissacarídeas conjugadas com toxinas, como a Pn7 em 2002, com as 7 valências dos serotipos mais comuns da Pn23 [27]. Cinco anos depois da implementação da Pn7, assistiu-se de novo a um aumento da taxa de mortalidade causada pela pneumonia pneumococia, com valores comparáveis aos da pré-vacinação em grupos de alto risco verificando-se ainda um aumento da resistência a antibióticos por parte dos serotipos não administrados [28]. Em 2009, surgiu a vacina Pn13 que continha as valências de Pn7 mais 5 valências de Pn23 e uma valência não administrada até à altura (6A) [27], [29]. Num estudo comparativo dos valores de incidência de diferentes serotipos nos Estados Unidos da América entre 2009 e 2011, verificou-se que o único serotipo com incidência crescente era o serotipo 35B que não fazia parte da vacinação [30]. Em dezembro de 2016, um artigo na revista Eurosurveillance alertava para o aumento de doentes infetados com S. pneumoniae serotipo 15A no Reino Unido. Este serotipo

é resistente aos antibióticos existentes e não está contemplado na vacinação [31]. Estes exemplos ilustram o facto da constante necessidade de desenvolvimento de novos antibióticos e vacinas de forma a diminuir a taxa de mortalidade associada à pneumonia.

Tabela 1.1: Vacinas anti-pneumococo, data de aprovação e respetivos serotipos administrados.

Vacina Ano de

aprovação Serotipos

Pn23 1983 1, 2, 3, 4, 5, 6B, 7F, 8, 9N, 9V, 10A, 11A, 12F, 14, 15B, 17F, 18C, 19A, 19F, 20, 22F, 23F, 33F

Pn7 2000 4, 6B, 9V, 14, 18C, 19F, 23F

Pn13 2010 1, 3, 4, 5, 6A, 6B, 7F, 9V, 14, 18C, 19A, 19F, 23F