Novel approach to "understand" syphilis

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Carga treponémica em amostras biológicas correspondentes a diferentes fases clínicas de sífilis

Publication . Pinto, Miguel; Antelo, Minia; Ferreira, Rita; Azevedo, Jacinta; Santo, Irene; Borrego, Maria José; Gomes, João Paulo

[PT] Sífilis, a doença sexualmente transmitida causada por Treponema pallidum, apresenta diferentes manifestações clinicas. No entanto, os fatores que levam às diversas progressões da doença permanecem desconhecidos. Este estudo teve como objetivo a quantificação da carga treponémica, em diversas amostras biológicas, para contribuir para uma melhor compreensão da doença. Analisaram-se 309 amostras de DNA de distintos locais anatómicos associados a diferentes manifestações de sífilis. Uma quantificação absoluta por PCR em tempo-real foi utilizada para quantificar precisamente o número de células treponémicas e humanas, e calcular a carga treponémica em cada amostra. Os exsudados de lesões primárias apresentaram as cargas treponémicas mais elevadas contrastando com as amostras sanguíneas. Uma grande dispersão de concentrações bacterianas foi observada nas amostras sanguíneas dos casos de sífilis secundária. T. pallidum foi detetado em 37 amostras de indivíduos seronegativos e em 13 casos de sífilis tratada. Este estudo sugere um cenário onde a sífilis poderá ser caracterizada por: i) cargas elevadas e heterogéneas na sífilis primária, refletindo a duração do desenvolvimento e resolução da lesão; ii) uma potencial capacidade replicativa de T. pallidum na corrente sanguínea, sugerida pela elevada dispersão de concentrações na sífilis secundária; e iii) uma evasão bacteriana quer ao sistema imunitário do hospedeiro quer ao tratamento antibiótico.

2016-03Journal article

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A retrospective cross-sectional quantitative molecular approach in biological samples from patients with syphilis

Publication . Pinto, Miguel; Antelo, Minia; Ferreira, Rita; Azevedo, Jacinta; Santo, Irene; Borrego, Maria José; Gomes, João Paulo

Syphilis is the sexually transmitted disease caused by Treponema pallidum, a pathogen highly adapted to the human host. As a multistage disease, syphilis presents distinct clinical manifestations that pose different implications for diagnosis. Nevertheless, the inherent factors leading to diverse disease progressions are still unknown. We aimed to assess the association between treponemal loads and dissimilar disease outcomes, to better understand syphilis. We retrospectively analyzed 309 DNA samples distinct anatomic sites associated with particular syphilis manifestations. All samples had previously tested positive by a PCR-based diagnostic kit. An absolute quantitative real-time PCR procedure was used to precisely quantify the number of treponemal and human cells to determine T. pallidum loads in each sample. In general, lesion exudates presented the highest T. pallidum loads in contrast with blood-derived samples. Within the latter, a higher dispersion of T. pallidum quantities was observed for secondary syphilis. T. pallidum was detected in substantial amounts in 37 samples of seronegative individuals and in 13 cases considered as syphilis-treated. No association was found between treponemal loads and serological results or HIV status. This study suggests a scenario where syphilis may be characterized by: i) heterogeneous and high treponemal loads in primary syphilis, regardless of the anatomic site, reflecting dissimilar duration of chancres development and resolution; ii) high dispersion of bacterial concentrations in secondary syphilis, potentially suggesting replication capability of T. pallidum while in the bloodstream; and iii) bacterial evasiveness, either to the host immune system or antibiotic treatment, while remaining hidden in privileged niches. This work highlights the importance of using molecular approaches to study uncultivable human pathogens, such as T. pallidum, in the infection process.

2017-03Journal article

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Genome-scale analysis of the non-cultivable Treponema pallidum reveals extensive within-patient genetic variation

Publication . Pinto, Miguel; Borges, Vítor; Antelo, Minia; Pinheiro, Miguel; Nunes, Alexandra; Azevedo, Jacinta; Borrego, Maria José; Mendonça, Joana; Carpinteiro, Dina; Vieira, Luís; Gomes, João Paulo.

Insights into the genomic adaptive traits of Treponema pallidum, the causative bacterium of syphilis, have long been hampered due to the absence of in vitro culture models and the constraints associated with its propagation in rabbits. Here, we have bypassed the culture bottleneck by means of a targeted strategy never applied to uncultivable bacterial human pathogens to directly capture whole-genome T. pallidum data in the context of human infection. This strategy has unveiled a scenario of discreet T. pallidum interstrain single-nucleotide-polymorphism-based microevolution, contrasting with a rampant within-patient genetic heterogeneity mainly targeting multiple phase-variable loci and a major antigen-coding gene (tprK). TprK demonstrated remarkable variability and redundancy, intra- and interpatient, suggesting ongoing parallel adaptive diversification during human infection. Some bacterial functions (for example, flagella- and chemotaxis-associated) were systematically targeted by both inter- and intrastrain single nucleotide polymorphisms, as well as by ongoing within-patient phase variation events. Finally, patient-derived genomes possess mutations targeting a penicillin-binding protein coding gene (mrcA) that had never been reported, unveiling it as a candidate target to investigate the impact on the susceptibility to penicillin. Our findings decode the major genetic mechanisms by which T. pallidum promotes immune evasion and survival, and demonstrate the exceptional power of characterizing evolving pathogen subpopulations during human infection.

2016-10-17Journal article

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Nova abordagem genómica para a investigação da sífilis

Publication . Pinto, Miguel; Borges, Vítor; Antelo, Minia; Pinheiro, Miguel; Nunes, Alexandra; Azevedo, Jacinta; Borrego, Maria José; Mendonça, Joana; Carpinteiro, Dina; Vieira, Luís; Gomes, João Paulo

A sífilis é uma doença sexualmente transmissível causada pela bactéria Treponema pallidum e constitui um problema de saúde pública mundial, em parte devido à ausência de uma vacina para prevenção da sua transmissão. A investigação desta doença tem sido atrasada pela incapacidade histórica de cultivar T. pallidum in vitro, dificultando por exemplo o desenvolvimento de estudos genómicos. De facto, há uma grande lacuna no conhecimento da epidemiologia molecular deste agente patogénico, assim como da base molecular que medeia a patogénese da sífilis. No estudo aqui apresentado, foi possível implementar uma abordagem inovadora para capturar o genoma de T. pallidum no contexto de infeção humana, evitando-se, assim, a necessidade da cultura da bactéria em modelo animal. Esta estratégia permitiu estudar, pela primeira vez, como é que este agente patogénico vai alterando o seu genoma para se adaptar e sobreviver como agente infecioso humano. Nomeadamente permitiu descodificar os principais mecanismos genéticos pelos quais a bactéria T. pallidum evade o sistema imunitário e se adapta ao Homem nesta complexa e multifásica doença. A aplicação desta estratégia inovadora de monitorização da interação Homem-bactéria poderá ser importante para o desenvolvimento de novas medidas profiláticas e/ou terapêuticas. Acresce que esta abordagem constitui também um ponto de viragem para o aperfeiçoamento de metodologias de diagnóstico e de epidemiologia molecular, o que permitirá aumentar o conhecimento da distribuição geográfica, das vias de transmissão e das propriedades de virulência deste agente patogénico para bem da saúde pública.

2018-12Journal article

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