Desvendando o potencial de Escherichia coli enterotoxigênica na modulação da microbiota e da resposta imune no eixo intestino-pulmão em suínos

Abstract

A microbiota intestinal de suínos em suas fases iniciais de desenvolvimento, que já sofre em virtude do estresse do desmame e imaturidade do trato gastrointestinal (TGI), se torna ainda mais suscetível à disbiose frente a Escherichia coli enterotoxigênica (ETEC). Devido à interação entre mucosas, o efeito das modificações na microbiota intestinal causadas por este patógeno gastrintestinal pode se estender para o trato respiratório; no entanto, pouco se sabe sobre como a presença de ETEC atua no eixo intestino-pulmão em leitões. Portanto, este trabalho visa elucidar o papel de ETEC na modulação da microbiota intestinal e pulmonar e na expressão gênica de marcadores do sistema imunológico (SI) de suínos portadores de ETEC assintomáticos e diarreicos. Ademais, considerando a dificuldade em se caracterizar a microbiota do trato respiratório, também se propõe um método alternativo para o sequenciamento por amplicon de amostras com baixa densidade microbiana. Foram analisados suínos em diferentes fases de desenvolvimento quanto à presença de ETEC em amostras de fezes, e classificados como carreadores (ETEC+) ou não carreadores (ETEC-). Em seguida, animais selecionados tiveram sua microbiota intestinal e pulmonar caracterizadas por sequenciamento da região V4 do gene 16S-rDNA pela plataforma Illumina MiSeq, e a caracterização do perfil transcricional de genes marcadores do SI por RT-qPCR. A validação do método alternativo foi realizada através de análises de mock community e amostras clínicas sem causar viés nas sequências geradas, permitindo sua aplicação na análise da microbiota pulmonar de leitões. Na microbiota intestinal, houve uma redução na α-diversidade em animais ETEC+, sendo a fase de desenvolvimento dos suínos um importante fator contribuinte para a modulação da composição das comunidades bacterianas neste sítio. A presença de ETEC também favoreceu a disbiose da microbiota do eixo intestino-pulmão e alteração da resposta imune em nível transcricional não apenas no TGI, mas também sistêmico e no trato respiratório dos animais analisados. Os resultados obtidos apontam que patógenos gastrintestinais, mesmo quando latentes, são capazes de modular a saúde dos suínos, ressaltando a importância do monitoramento e controle da disseminação de ETEC nas granjas, e de estudos sobre a dinâmica do eixo intestino-pulmão na área veterinária.

The piglets’ gut microbiota, which already undergoes modulations due to the weaning and the gastrointestinal immaturity, becomes even more susceptible to dysbiosis when challenged by enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC). Due to the mucosal interactions, changes in gut microbiota caused by gastrointestinal pathogens can extend to the respiratory tract; however, the role of ETEC in gut-lung axis in pigs remains unclear. Thus, this study aims to unravel the ETEC role in gut-lung microbiota modulation and in immune markers transcription in ETEC carrier asymptomatic or diarrheic pigs. In addition, considering the hurdles in characterizing lung microbiota, we also purpose an alternative method for amplicon sequencing of low-biomass samples. We screened pigs at different stages for the detection of ETEC-markers and classified them into ETEC-carriers (ETEC+) or non-carriers (ETEC-). Then, selected piglets were submitted to the characterization of gut and lung microbiota by 16S-rDNA (V4) amplicon sequencing using Illumina MiSeq, and immune marker relative expression by RT-qPCR. We validated the alternative method for low-biomass samples based on mock community and clinical samples without data bias, allowing its use for pigs’ lung microbiota analysis. In the gut microbiota, α-diversity was reduced in ETEC+ pigs, and pigs’ development stage was an important contributing factor for modulating gut bacterial community composition. ETEC presence also contributed to the gut-lung microbiota dysbiosis and immune response not only in gut but also in pigs’ respiratory tract and systemically. Overall, these findings point out that gastrointestinal pathogens even when latent can modulate pigs’ health, highlighting the importance of monitoring and controlling the ETEC dissemination in swine farms, and the investigation of gut-lung axis for veterinarian purposes.