Microbioma uterino associado com desenvolvimento de doença uterina

A transição do período seco para a lactação é uma fase de grande desafio para as vacas de leite de alta produção. Esse período é caracterizado por uma queda acentuada na função imune (Kehrli e Goff, 1989; Cai et al., 1994). Ao mesmo tempo as barreiras físicas de proteção do útero, como a cérvix são abertas, o que permite a rápida colonização do útero por bactérias (Elliott et al., 1968; Sheldon e Dobson, 2004).

• Período de transição: definições, importância e soluções. 

Vacas se defendem contra a invasão patógenos usando mecanismos de tolerância e resistência. Tolerância é a capacidade de limitar a gravidade da doença induzida por uma carga de dado patógeno. Resistência é a capacidade de limitar a carga patogênica e é geralmente uma função do sistema imune. No entanto, quando o sistema é sobrecarregado por uma diminuição na função imunológica, um grande desafio bacteriano, e redução da tolerância em vacas leiteiras de alta produção, doenças uterinas como metrite, endometrite clínica, e endometrite subclínica são estabelecidas em uma grande proporção de vacas no início do pós-parto (Sheldon et al., 2019).

Metrite e endometrite clínica têm uma prevalência de ~20%, variando de 8% a >40% em algumas fazendas (LeBlanc, 2008; Galvão, 2012). Recentemente foi completada uma pesquisa em 16 fazendas de 6 regiões dos Estados Unidos, nas quais 11.733 vacas foram verificadas dentro do primeiro 14 dias pós-parto (DPP) e 11.129 foram verificados de 30 a 36 DPP. Observou-se prevalência de metrite de 25% (variação de 14 a 44%) e uma prevalência de endometrite clínica de 26% (variação de 12 a 35%; Gonzalez-Pena et al., 2016). Das vacas avaliadas para ambas as doenças, 29,3% tinham uma ou o outra e 10,6% tinham ambas; portanto, 39,9% das vacas tinham doença uterina pós-parto. Inúmeros estudos demonstraram efeitos negativos da metrites no desempenho geral do rebanho leiteiro e rentabilidade tanto de forma direta quanto indireta (Goshen e Shpigel, 2006; Overton e Fetrow, 2008).

As causas da doença uterina são multifatoriais. São definidos 3 componentes do triângulo da doença, existe evidência para a suscetibilidade do hospedeiro e o papel de bactérias patogênicas, mas menos evidências para o efeito do meio ambiente (Sheldon e Dobson, 2004), embora o mesmo não possa ser desconsiderado (Schuenemann et al., 2011). 

Portanto, o papel do microbioma uterino no desenvolvimento da metrite em vacas leiteiras precisa ser considerado. Atenção especial deve ser dada aos recentes avanços no uso de sequenciamento metagenomico para caracterizar o microbioma uterino das vacas que desenvolvem metrite, uma comparação entre microbiomas em vacas com e sem febre no momento do diagnóstico de metrite, a progressão do microbioma uterino após o diagnóstico da metrite, particularmente em vacas que curam ou não conseguem se curar da metrite, e o estabelecimento da via hematogena como possível rota para infecção uterina com patógenos uterinos.

Os resultados de estudos dependentes de cultura microbiana indicam que T. pyogenes é um patógeno crítico envolvido no desenvolvimento de endometrite clínica, e que anaeróbicos gram-negativos como F. necrophorum, Por. levii, e Prev. melaninogênica podem agir de forma sinérgica com T. pyogenes para causar endometrite clínica. Estudos dependentes da cultura microbiana também apoiam o envolvimento de E. coli ou como um patógeno principal ou como pioneiro que prepara o ambiente uterino para para T. pyogenes e gram-negativos anaeróbicos. Embora os dados sejam mais escassos para vacas com metrite, os dados disponíveis também apontam para o envolvimento de T. pyogenes, E. coli, e gram-negativos anaerobicos no desenvolvimento de metrite.

Métodos dependentes da cultura têm uma limitação inerente por ser capaz apenas de detectar bactérias para as quais um método de cultivo e identificação foi estabelecido. Na verdade, estima-se que menos mais de 1% das bactérias podem ser cultivadas em laboratório (Kaeberlein et al., 2002). Para superar essa limitação, técnicas independentes da cultura, como PCR, biblioteca de clones para sequenciamento, sequenciamento do gene 16S rRNA (gene 16S ribossomal) e sequenciamento do metagenoma inteiro têm sido usados para elucidar o papel dos principais patógenos uterinos identificados em estudos dependentes da cultura. No entanto, estas técnicas também têm desvantagens. As limitações incluem o seguinte: (1) viabilidade bacteriana não pode ser avaliado; (2) a profundidade do sequenciamento e a cobertura são baixas ao usar o sequenciamento da biblioteca de clones; (3) a classificação da unidade taxonômica pode mudar dependendo na região variável do gene 16S rRNA que é direcionado para sequenciamento; (4) classificação baseada em 16S rRNA sequenciamento genético não é preciso no nível de espécie; e (5) o custo, tende a ser mais alto, particularmente para sequenciamento de metagenoma inteiro (Chakravorty et al., 2007).

Embora a técnica de PCR seja uma ótima ferramenta para investigar especificamente os patógenos, ela fornece apenas uma visão estreita do todo da comunidade microbiana. Portanto, para superar essa limitação, estudos recentes têm usado sequenciamento metagenómico para identificar a comunidade bacteriana de vacas com e sem doença uterina (Santos et al., 2011; Machado et al., 2012; Jeon et al., 2015). Usando bibliotecas de clone sequenciamento de amostras compostas de 2 fazendas, Santos et al. (2011) observaram maior prevalência de Fusobacteria (particularmente F. necrophorum) e Bacteroides (particularmente Por. levii) em vacas com metrite e mais alta prevalência de Proteobactérias e Tenericutes em vacas saudáveis. Curiosamente, nem E. coli nem T. pyogenes foram detectados. Este foi o primeiro estudo usando sequenciamento metagenómico que apontou para a importância de Fusobactérias e Bacteroidetes no momento do diagnóstico de metrite, confirmando a importância de F. necrophorum, considerando o Por. levii como um patógeno emergente, e questionado a relevância de E. coli e T. pyogenes no momento do diagnóstico da metrite.

Baseados nos estudos que usaram as técnicas de sequenciamento metagenomico até o momento foi possível concluir que as vacas têm bactérias no útero mesmo antes do parto (Karstrup et al., 2017), e dentro de 20 minutos pós-parto o microbioma uterino está estabelecido, e a estrutura do microbioma é idêntica entre vacas que desenvolveram metrite e vacas saudáveis até 2 dias pós-parto (Jeon et al., 2015; 2016), após esse período a composição de bactérias das vacas que desenvolveram metrite desviou em favor de maior abundância relativa de Bacteroidetes e Fusobactérias e menor abundância relativa de Proteobacteria e Tenericutes.

A mudança no microbioma uterino em vacas que desenvolveram metrite é caracterizado por uma perda de heterogeneidade e uma diminuição na diversidade bacteriana (Jeon et al., 2018). Também foi visto que a falha na cura da metrite foi associado com um aumento na abundância relativa de Bacteroides, Porphyromonas, e Fusobacterium, e uma diminuição adicional da diversidade bacteriana (Jeon et al., 2018). A estrutura do o microbioma uterino era semelhante entre as vacas que tiveram ou não febre no momento do diagnóstico. Finalmente, foi mostrado que a rota hematogena é uma rota viável de infecção uterina com patógenos uterinos como Bacteroides, Porphyromonas e Fusobacterium (Perez et al., 2007; Jeon et al., 2017). Sendo possível propor que a metrites está associada com disbiose da microbiota uterina caracterizada pela diminuição da diversidade, e um aumento em Bacteroides e Fusobacterias, particularmente Bacteroides, Porphyromonas, e Fusobacterium.

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Referências
Este texto é parte do artigo: The uterine microbiome associated with the development of uterine disease in dairy cows, publicado por Galvão et al., 2019, no Journal of Dairy Science, 102:11786–11797 https://doi.org/10.3168/jds.2019-17106