Emerging challenges in the management of community-acquired pneumonia: host-pathogen interaction

Abstract

[eng] INTRODUCTION: Community-acquired pneumonia is the leading cause of infectious mortality both globally and in Europe, with an in-hospital mortality rate of approximately 10%. Although Streptococcus pneumoniae continues to be the main etiological agent, viral pneumonia is gaining prominence. The complications of pneumonia go beyond local involvement, involving other organs. Of particular interest are acute cardiac events, which significantly worsen the prognosis. Some studies suggest that heart damage from S. pneumoniae is related to the type of strain. New technologies have made it possible to better understand the pathogenesis of pneumonia. Metabolomic, transcriptomic, genomic, and proteomic analysis have led to the beginning of the so-called "omics revolution". Despite this, research on the gene expression profile in pneumonia remains limited. The emergence of SARS-CoV-2 has precipitated an increase in omics studies examining the pathogenesis of COVID-19. Transcriptomic and metabolomic studies offer opportunities to study the clinical heterogeneity of the disease, potentially identifying host signatures associated with the risk of progression. Understanding the humoral immune response to COVID-19, both in the blood and at the mucosal level, is also a key area of research. HYPOTHESIS: 1. The transcriptome of hospitalized patients with community-acquired pneumonia exhibits distinctive patterns between survivors and nonsurvivors. 2. S. pneumoniae serotypes and clonal complexes are a key determinant in the development of acute cardiac events. 3. Adults hospitalized with COVID-19 who progress to respiratory distress have a characteristic transcriptomic profile compared to those with moderate symptoms. 4. Previous infections by other human coronaviruses influence the nature of the antibody response against SARS-CoV-2. 5. SARS-CoV-2 infections induce robust local mucosal humoral immunity, a process influenced by previous exposure to other human coronaviruses. 6. Hospitalized patients with moderate COVID-19 who subsequently deteriorate exhibit a distinctive metabolomic signature that predicts the risk of disease progression.

OBJECTIVES: 1. To compare the transcriptomic profile between survivors and non-survivors of community-acquired pneumonia to identify pathophysiological pathways and prognostic biomarkers. 2. To determine host- and pathogen-related risk factors for the development of acute cardiac events in pneumococcal pneumonia. 3. To determine the difference in transcriptomic profile between hospitalized patients with severe and moderate COVID-19 to broaden our understanding of the heterogeneity of the clinical course of the disease. 4. To outline the dynamic humoral response against SARS-CoV-2. To investigate the role of the immunological fingerprint of previous infection by seasonal coronaviruses in the antibody response of patients with COVID-19. 5. To characterize the early antibody response at the mucosal level and the immunoglobulin repertoire against SARS-CoV-2 S proteins and seasonal HCoV-OC43 in nasopharyngeal aspirate samples from patients with COVID-19. 6. To characterise the metabolomic alteration of severe COVID-19 and to develop a predictive model based on a metabolomic signature capable of predicting disease progression.

[cat] INTRODUCCIÓ: La pneumònia adquirida a la comunitat constitueix la primera causa de mortalitat infecciosa tant a nivell mundial com Europeu, amb una taxa de mortalitat intrahospitalària d’aproximadament el 10%. Tot i que Streptococcus pneumoniae continua sent el principal agent etiològic, la pneumònia viral està guanyant protagonisme. Les complicacions de la pneumònia van més enllà de l’afectació local, involucrant altres òrgans. D’un interès especial són els esdeveniments cardíacs aguts, els quals empitjoren notablement el pronòstic. Alguns estudis suggereixen que el dany cardíac per S. pneumoniae està relacionat amb el tipus de soca. Noves tecnologies han permès comprendre millor la patogènesi de la pneumònia. L’anàlisi metabolòmic –mitjançant l’espectroscòpia de RMN i l’espectrometria de masses–, transcriptòmic, genòmic, i proteomic, han donat peu a l’inici de l’anomenada “revolució òmica". Malgrat això, les investigacions sobre el perfil d'expressió gènica en la pneumònia continuen sent limitades. L'aparició de la SARS-CoV-2 ha precipitat un augment en els estudis òmics que examinen la patogènesi de la COVID-19. Els estudis transcriptòmics i metabolòmics ofereixen oportunitats per estudiar l’heterogeneïtat clínica de la malaltia, identificant potencialment signatures de l’hoste associades amb el risc de progressió. La comprensió de la resposta immune humoral a la COVID-19, tant en sang com a nivell de mucoses, també és una àrea d'investigació clau. HIPÒTESI: 1. El transcriptoma de pacients hospitalitzats amb pneumonia adquirida a la comunitat presenta patrons distintius entre supervivents i no supervivents. 2. Els serotips i complexes clonals de S. pneumoniae són un determinant clau en el desenvolupament d'esdeveniments cardíacs aguts. 3. Els adults hospitalitzats amb COVID-19 que progressen cap a destret respiratori manifesten un perfil transcriptòmic característic comparat amb aquells amb símptomes moderats. 4. Les infeccions prèvies per altres coronavirus humans influeixen en la naturalesa de la resposta d'anticossos contra el SARS-CoV-2. 5. Les infeccions per SARS-CoV-2 indueixen una immunitat humoral mucosal local robusta, un procés influït per l'exposició prèvia a altres coronavirus humans. 6. Els pacients hospitalitzats amb COVID-19 moderada que posteriorment es deterioren presenten una signatura metabolòmica distintiva que prediu el risc de progressió de la malaltia.

OBJECTIUS: 1. Comparar el perfil transcriptòmic entre els pacients supervivents i no supervivents de pneumonia adquirida a la comunitat per identificar les vies fisiopatològiques i els biomarcadors pronòstics. 2. Determinar els factors de risc relacionats amb l'hoste i el patògen per al desenvolupament d'esdeveniments cardíacs aguts en la pneumònia pneumocòccica. 3. Determinar la diferència del perfil transcriptòmic entre els pacients hospitalitzats amb COVID-19 greu i moderada per ampliar la nostra comprensió de la heterogeneïtat del curs clínic de la malaltia. 4. Perfilar la resposta humoral dinàmica contra el SARS-CoV-2. Investigar el paper de l'emprempta immunològica de la infecció prèvia per coronavirus estacionals en la resposta d'anticossos dels pacients amb COVID-19. 5. Caracteritzar la resposta precoç d'anticossos a nivell de mucoses i el repertori d'immunoglobulines contra les proteïnes S del SARS-CoV-2 i HCoV-OC43 estacional en mostres d’aspirat nasofaringi de pacients amb COVID-19. 6. Caracteritzar l'alteració metabolòmica de la COVID-19 greu i desenvolupar un model predictiu basat en una signatura metabolòmica capaç de predir la progressió de la malaltia.