Godine 2007, pedijatrijski neurohirurg sa Jejla Stiven Šif, MD, posetio je svog prijatelja Benjamina Varfa, MD, u Dečjoj bolnici CURE u Ugandi. Scene u bolnici su ga zaprepastile: svakog dana su majke dolazile iz cele zemlje noseći bebe sa uvećanim glavama, očajnički tražeći lek. Sve majke su ispričale sličnu priču: sve su bebe rođene bez incidenata, ali u prvim nedeljama života razvile su tešku infekciju, a nakon što su se oporavile, njihove glave su počele da se brzo uvećavaju tokom nedelja ili meseci. Majke to nisu znale, ali njihove bebe su razvile postinfektivni hidrocefalus.
Hidrocefalus ili „voda na mozgu“ je razorno neurološko stanje uzrokovano abnormalnim nakupljanjem cerebrospinalne tečnosti u komorama duboko u mozgu. Ovaj višak tečnosti izaziva širenje komora, stvarajući štetan pritisak na moždana tkiva. Može biti urođena ili se razviti nakon infekcije ili krvarenja u mozgu. Ne postoji poznat lek, a potreba da se smanji pritisak na mozak predstavlja najčešću indikaciju za neurohirurgiju u detinjstvu širom sveta.
Istočna Afrika je postala leglo pedijatrijskog hidrocefalusa iz misteriozno nepoznatih razloga, sa oko 4.000 novih slučajeva samo u Ugandi svake godine. Bez lakog pristupa naprednoj nezi, bebe su često umirale, a čak i one koje su dospele u dečiju bolnicu CURE u ranim stadijumima bolesti borile su se da se oporave zbog oštećenja koje je infekcija već stvorila.
Šif je bio zapanjen veličinom patnje koju je video. „Kao lekar i naučnik i kao otac, iznenađen sam koliko ne znamo o infekcijama novorođenčadi u zemljama u razvoju. Zabrinut sam što je jedan od razloga što novorođenčad koja tamo umiru nemaju politički glas“, on kasnije će svedočiti pred Kongresnim podkomitetom za Afriku, Global Heath i ljudska prava.
Dana 14. juna 2023. godine, nakon 16 godina uporne potrage za odgovorima, tim je objavio rad u The Lancet Microbe u kojem su detaljno opisani rezultati tri povezana istraživanja, konačno identifikujući bakteriju Paenibacillus thiaminoliticus kao odgovornu za postinfektivni hidrocefalus u Ugandi.
„Ovi rezultati su kulminacija decenija saradnje i pružaju jasan put napred za testiranje uticaja ciljane dijagnoze i lečenja infekcija Paenibacillus“, kaže Sarah Morton, MD, Ph.D., docent docenta pedijatrije, na Medicinska škola Harvard i ko-vodeći autor rada.
Dok je uzrok infekcija novorođenčadi i postinfektivnog hidrocefalusa u razvijenim zemljama često dobro poznat i ređi od drugih uzroka hidrocefalusa, infektivni agens za hiljade hidrocefaličnih beba u Ugandi godinama je izmicao istraživačima. Bakterije nisu rasle tradicionalnim metodama kulture, što je onemogućavalo identifikaciju i karakterizaciju. Električna mreža Ugande činila je često izazov za čuvanje uzoraka duboko zamrznutih i skladištenih na mestima tretmana za kasniju analizu.
Štaviše, nije lako izvući dovoljno krvi kod novorođenčadi da bi se pouzdano analiziralo na bakterije. I iako je bilo moguće koristiti napredne metode sekvenciranja gena za identifikaciju bakterija koje neće rasti u kulturi, te tehnologije su bile i skupe i nisu bile lako dostupne u Ugandi. Ova kombinacija izazova učinila je zastrašujućim pitanje šta je uzrok svih ovih slučajeva postinfektivnog hidrocefalusa kod beba u Ugandi. Ali Šif je bio odlučan da se pozabavi ovom misterijom, verujući da je to rešiv problem.
Posle devet godina manjih neuspešnih napora, uspeli su da povećaju svoje napore. Do 2020. godine, Šifov tim okupljenih istraživača na univerzitetima Kolumbija i Pen Stejt je identifikovao genomskim sekvenciranjem da u likvoru, organizam pod nazivom Paenibacillus thiaminoliticus, za koji se ranije smatralo da je bezopasan, pliva u mozgovima ugandske bebe sa hidrocefalusom.
Istraživači su naišli na način uspešnog uzgoja nekih od ovih sojeva – korišćenjem boca za hemokulturu za cerebrospinalnu tečnost. To im je omogućilo da otkriju da je organizam otporan na antibiotike prve linije koji se koriste za lečenje bolesne bebe. Takođe su otkrili da su ovi afrički sojevi pokupili virulentni toksin koji je bio veoma smrtonosan. Godine 2020. objavili su ove nalaze iz sekvenciranja i kulture u Science Translational Medicine.
Tokom naredne tri godine, tim je krenuo da otkrije odakle dolazi bakterija i da li je to zaista osnovni uzrok postinfektivnog hidrocefalusa ili je to infekcija koja se pojavila kod novorođenčadi sa hidrocefalusom nedeljama i mesecima kasnije, ali ne i uzrok samog hidrocefalusa.
Pošto se mnoge infekcije novorođenčadi prenose od majki, istraživači su sproveli ispitivanje na majci na 100 trudnica iz Ugande iz različitih regiona, ali nisu pronašli nikakve dokaze da su bakterije Paenibacillus prenošene od strane majki ili da se prenose na bebe. Zatim su pregledali 800 novorođenčadi koja su razvila ozbiljnu infekciju – sepsu – iz različitih oblasti Ugande. Ovde su pronašli bakteriju Paenibacillus – u oko 6% slučajeva.
Od novorođenčadi koja su preživela infekciju sepse, mnoga su razvila post-infektivni hidrocefalus. U 400 slučajeva hidrocefalusa kod novorođenčadi, 44% postinfektivnih slučajeva imalo je PCR potvrdu infekcije Paenibacillus. Kada je tim izvršio PCR testove na uzorcima novorođenčadi sa sepsom koja su razvila postinfektivni hidrocefalus, pronađena je ista bakterija koja izaziva infekciju novorođenčeta i, nakon tretmana, još uvek prisutna kada su se vratili na lečenje nedeljama i mesecima kasnije sa povećanom glavom od hidrocefalusa.
Rezultirajući radovi objavljeni u The Lancet Microbe i časopisu Clinical Infectious Disease su konačno identifikovali infekciju Paenibacillus ne samo kao široko rasprostranjeni hidrocefalus kod novorođenčadi, već i smrt novorođenčadi.
„Naši rezultati sugerišu da je Paenibacillus nedovoljno prepoznat uzrok neonatalne infekcije, što je važno jer antibiotici koji se obično koriste za lečenje neonatalne sepse često neće delovati na infekcije Paenibacillusom“, kaže Džesika Erikson, MD, docent pedijatrijske i infektivne medicine. bolesti u Penn State, vodeći autor rada objavljenog u časopisu Clinical Infectious Disease.
„Prvi put smo bili u mogućnosti da opišemo progresiju infekcija tokom neonatalnog perioda do razvoja postinfektivnog hidrocefalusa kod novorođenčadi, što nam omogućava da vodimo ključnu dijagnostiku i intervencije potrebne za sprečavanje razornog oštećenja mozga povezanog sa post-infektivnim hidrocefalusom. “, kaže dr Kristin Henli, postdoktorski saradnik i glavni autor rada The Lancet Microbe.
Tim je sada bio uveren da je bakterija Paenibacillus u korenu hiljada slučajeva postinfektivnog hidrocefalusa svake godine u Ugandi. Takođe su otkrili da patogen ima afinitet prema vlažnim mestima – slučajevi su grupisani oko močvarnih regiona na severnim obalama jezera Viktorija, izvora reke Nil, i severne i južne obale jezera Kjoga, gde teče reka Nil u i izvan. Slučajevi su takođe u direktnoj korelaciji sa kišnim sezonama, u skladu sa ekološkim izvorom Paenibacillusa.
Da bi zaobišli ograničenja koja sprečavaju lekare da koriste sekvenciranje gena i PCR za dijagnozu u okruženjima sa ograničenim resursima, Šif i saradnici koriste geolokaciju i dnevna merenja satelitskih padavina kako bi bolje predvideli da li su novorođeni pacijenti verovatno zaraženi bakterijom Paenibacillus u zavisnosti od toga kada i gde su bio zaražen. Šifov tim radi sa lokalnim ugandskim bolnicama na razvoju robusnih protokola lečenja za ove pacijente.
Trenutno, Šif se fokusira na terenski rad na otkrivanju lokacija u ruralnim sredinama gde ova bakterija vreba, i na razumevanju kulturnih praksi nege novorođenčadi koje mogu doprineti visokoj stopi infekcije ovom bakterijom. „Nakon svega što smo naučili, poslednja stvar koju želimo da radimo je da pokušamo da lečimo bebe nakon što su zaražene ovim visoko virulentnim bakterijama. Ako možemo da utvrdimo kako to ulazi u bebe, onda možemo da razvijemo zdravstvene politike koje mogu sprečiti ove infekcije“, rekao je Šif.
Nakon što su otkrili odgovor na jedan naizgled nerešiv problem, Šif i njegove kolege već postavljaju svoje tehnologije i pogled na druge. Oni proučavaju slične infekcije u Vijetnamu, Keniji i SAD i razmatraju mogućnost razvoja jeftinih sistema sekvenciranja na mestima nege kako bi se potvrdili infektivni agensi i prilagodili tretman pacijenata.
„Zato doktori istražuju“, kaže Šif. „Ako zaista imamo sreće, možemo da pređemo sa lečenja jedne osobe na lečenje velikog broja ljudi. Oduševljen sam što smo posle svih ovih godina rada na ovome pronašli novi proces bolesti i zahvalan sam lekarima, naučnici i porodice pacijenata koji su tako naporno radili zajedno da bi nam omogućili da dođemo do ove tačke. Novorođenčad u riziku od umiranja su univerzalna valuta koja povezuje toliko ljudi koji su tako naporno radili zajedno na ovom problemu.“
