يتيح الجمع بين ملفات تعريف التعبير الجيني المضيف واكتشاف مسببات الأمراض الميتاجينومية من الحمض النووي للبلازما تشخيصًا دقيقًا للإنتان

يتيح الجمع بين ملفات تعريف التعبير الجيني المضيف واكتشاف مسببات الأمراض الميتاجينومية من الحمض النووي للبلازما تشخيصًا دقيقًا للإنتان

وفي دراسة حديثة نشرت في علم الأحياء الدقيقة الطبيعي طور الباحثون ميتاجينوميات البلازما المضيفة المتكاملة لتسهيل تشخيص الإنتان.

Lernen: Integrierte Wirts-Mikroben-Plasma-Metagenomik zur Sepsis-Diagnose in einer prospektiven Kohorte kritisch kranker Erwachsener. Bildnachweis: Kateryna Kon/Shutterstock

خلفية

يمثل الإنتان 20% من جميع الوفيات في جميع أنحاء العالم و20 إلى 50% من جميع الوفيات في المستشفيات في الولايات المتحدة. يعد الكشف الأولي وتحديد الالتهابات الميكروبية ضروريًا للعلاج بالمضادات الحيوية في الوقت المناسب والفعال، وهو أمر بالغ الأهمية للبقاء على قيد الحياة من الإنتان. ومع ذلك، في أكثر من 30٪ من الحالات، لم يتم الكشف عن مسببات الأمراض المسببة. يعد التمييز بين الإنتان والأمراض الجهازية غير المعدية أمرًا مهمًا لأنها غالبًا ما تبدو متشابهة سريريًا أثناء العلاج في المستشفى.

حول الدراسة

في هذه الدراسة، طور الباحثون أداة تشخيصية للإنتان تجمع بين التنميط النسخي للمضيف والتعرف الشامل على مسببات الأمراض.

في اثنين من مستشفيات الرعاية الثالثية، أجرى الفريق دراسة رصدية مستقبلية للمرضى البالغين المصابين بأمراض خطيرة والذين تم إدخالهم من قسم الطوارئ (ED) إلى وحدة العناية المركزة (ICU). تم تقسيم المرضى إلى خمس مجموعات فرعية على أساس وجود أو عدم وجود الإنتان. شمل هؤلاء المرضى أولئك الذين: (1) أصيبوا بالإنتان المؤكد سريريًا بالإضافة إلى عدوى بكتيرية مؤكدة في مجرى الدم (SepsisBSI)؛ (2) الإنتان المؤكد سريريًا والعدوى المؤكدة خارج مجرى الدم (الإنتان غير المرتبط بـ BSI)؛ (3) الإنتان المشتبه به، والذي يتميز باختبارات ميكروبيولوجية سريرية سلبية (الإنتان المشتبه به)؛ (4) مرضى ليس لديهم دليل على الإنتان وتفسير لمرضهم الخطير (لا يوجد إنتان)؛ أو (5) مرضى ذوي حالة غير محددة (غير محددة).

من خلال إجراء تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) على عينات الدم الكاملة، قام الفريق أولاً بفحص الاختلافات النسخية بين المرضى الذين يعانون من الإنتان المثبت سريريًا وميكروبيولوجيًا وأولئك الذين ليس لديهم أعراض العدوى. تكتشف تقنية تسمى تحليل إثراء مجموعة الجينات (GSEA) مجموعات من الجينات ضمن مجموعة بيانات ذات وظائف بيولوجية ذات صلة.

تم إجراء دراسة التعبير الجيني التفاضلي (DE) في مجموعتي SepsisBSI وSepsisnon-BSI لتحديد المزيد من الاختلافات بين مرضى الإنتان المصابين بالتهابات في مجرى الدم والمواقع الطرفية. قام الفريق بتطوير مصنف عالمي لتشخيص الإنتان يعتمد على أنماط التعبير الجيني في الدم الكامل استجابة للمتطلبات العملية لتشخيص الإنتان لدى كل من مرضى الإنتان BSI والمرضى غير المصابين بإنتان الدم. استخدم الفريق استراتيجية تعلم آلة ناقلات الدعم المعبأة (bSVM) لاختيار الجينات التي نجحت في تمييز المرضى المصابين بالإنتان (SepsisBSI وSepsisnon-BSI) من المرضى الذين لا يعانون من الإنتان (No-Sepsis).

بعد تحديد تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) من المرضى الذين تم الحصول عليهم والذين كانت عينات البلازما لديهم متاحة، تم تحديد متوسط ​​قراءات 2.3 × 107. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تحليل DE لتحديد ما إذا كان يمكن استخدام إشارة معقولة بيولوجيًا لتمييز المرضى المصابين بالإنتان وغير المصابين به.

نتائج

كان تفاقم قصور القلب، والجرعة الزائدة/التسمم، والسكتة القلبية، والانسداد الرئوي من أكثر الحالات التي تم تشخيصها شيوعًا في مجموعة عدم الإنتان. بغض النظر عن المجموعة الفرعية، فإن معظم المرضى يحتاجون إلى دعم قابض للأوعية وتهوية ميكانيكية. لم يُظهر المرضى في SepsisBSI وSepsisnon-BSI الذين أثبتوا الإنتان أي اختلاف عن المرضى الذين لا يعانون من الإنتان في العمر أو الجنس أو العرق أو العرق أو درجة APACHE III أو نقص المناعة أو حالة التنبيب أو ذروة عدد خلايا الدم البيضاء أو الوفيات لمدة 28 يومًا. في مجموعة المرضى الذين لا يعانون من الإنتان، كان لدى جميع المرضى باستثناء مريض واحد اثنين أو أكثر من معايير متلازمة الاستجابة الالتهابية الجهازية (SIRS).

وجدت الدراسة أيضًا انخفاض تنظيم مسارات الإشارات المرتبطة بمعالجة وترجمة الحمض النووي الريبي الريباسي، بالإضافة إلى زيادة تنظيم الجينات المشاركة في الإشارات المناعية الفطرية وتحلل العدلات لدى مرضى الإنتان. وباستخدام تحليل DE، وجد الفريق 5227 جينًا. أظهرت مجموعة الإنتان غير المرتبطة بـ BSI إثراء الجينات المرتبطة بالديفينسينات، والببتيدات المضادة للميكروبات، وإشارات G-alpha، بالإضافة إلى مسارات الإشارات الأخرى. من ناحية أخرى، أظهرت مجموعة SepsisBSI إثراء الجينات المرتبطة، من بين أمور أخرى، بالتفاعلات التنظيمية المناعية بين الخلايا غير اللمفاوية والخلايا اللمفاوية وإشارات CD28.

أظهر نموذج bSVM متوسط ​​منطقة التحقق المتبادل تحت منحنى خاصية تشغيل المستقبِل (ROC) (AUC) بقيمة 0.81. كان للعينات التي تحتوي على أعداد نصية أقل من عتبة مراقبة الجودة (QC) كتلة مدخلات متوسطة أقل من العينات ذات الأعداد الكافية.

ومن المثير للاهتمام، أنه تم تحديد عدد من الجينات المعبر عنها تفاضليًا كمؤشرات حيوية للإنتان، بما في ذلك CD177 المرتفع، ونظير مستضد الكريات البيض البشري المكبوت DR (HLA-DRA)، مما يشير إلى توقيع نسخة ذات أهمية بيولوجية من الحمض النووي الريبي البلازما. في مجموعة الإنتان غير BSI، كشف تسلسل الجيل القادم الميتاجينومي (mNGS) للحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) عن ثلاثة من ثمانية مسببات أمراض التهابات المسالك البولية البكتيرية (UTI) واثنين من 25 مسببًا للأمراض البكتيرية التهابات الجهاز التنفسي السفلي (LRTI). لم يكن لدى أي من المرضى الثلاثة الذين يعانون من التهاب القولون الحاد الناجم عن المطثية العسيرة هذا العامل الممرض. تم العثور على مسببات الأمراض البكتيرية المحتملة الإضافية التي لم يتم تحديدها عن طريق الثقافة في ثمانية من 73 مريضا يعانون من الإنتان المؤكد.

دبلوم

بشكل عام، أظهرت نتائج الدراسة أن تشخيص الإنتان الموثوق به يتم تسهيله من خلال الجمع بين تحديد ملامح التعبير الجيني للمضيف وتحديد مسببات الأمراض الميتاجينومية من الحمض النووي للبلازما. هناك حاجة إلى أبحاث مستقبلية للتحقق من وتقدير الفائدة العلاجية لهذه الاستراتيجية التشخيصية المستقلة عن الثقافة.

مرجع:

• Kalantar, K., Neyton, L., Abdelghany, M., Mick, E., Jauregui, A. & Caldera, S. et al. (2022). Integrierte Wirts-Mikroben-Plasma-Metagenomik zur Sepsis-Diagnose in einer prospektiven Kohorte kritisch kranker Erwachsener. Naturmikrobiologie. doi: 10.1038/s41564-022-01237-2 https://www.nature.com/articles/s41564-022-01237-2

.