Kombinace profilů exprese hostitelského genu a metagenomické detekce patogenu z plazmatické nukleové kyseliny umožňuje přesnou diagnostiku sepse

Kombinace profilů exprese hostitelského genu a metagenomické detekce patogenu z plazmatické nukleové kyseliny umožňuje přesnou diagnostiku sepse

V nedávné studii publikované v Přírodní mikrobiologie Výzkumníci vyvinuli integrovanou metagenomiku hostitel-mikrob-plazma pro usnadnění diagnózy sepse.

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

pozadí

Sepse představuje 20 % všech úmrtí na celém světě a 20 až 50 % všech úmrtí v nemocnicích ve Spojených státech. Prvotní detekce a identifikace mikrobiálních infekcí je nezbytná pro včasnou a účinnou antibiotickou terapii, která je zásadní pro přežití ze sepse. Ve více než 30 % případů však nejsou zjištěny žádné etiologické patogeny. Rozlišení mezi sepsí a neinfekčními systémovými onemocněními je důležité, protože se během hospitalizace často jeví klinicky podobné.

O studiu

V této studii výzkumníci vyvinuli nástroj pro diagnostiku sepse, který kombinuje transkripční profilování hostitele s komplexní identifikací patogenu.

Ve dvou nemocnicích terciární péče tým provedl prospektivní observační studii kriticky nemocných dospělých pacientů přijatých z oddělení urgentního příjmu (ED) na jednotku intenzivní péče (JIP). Pacienti byli rozděleni do pěti podskupin na základě přítomnosti nebo nepřítomnosti sepse. Mezi tyto pacienty patřili ti, kteří: (1) měli klinicky potvrzenou sepsi a rovněž potvrzenou bakteriální infekci krevního řečiště (SepsisBSI); (2) klinicky potvrzená sepse a potvrzená infekce bez krevního řečiště (sepse non-BSI); (3) podezření na sepsi charakterizované negativními klinickými mikrobiologickými testy (suspektní sepse); (4) pacienti bez známek sepse a vysvětlení jejich kritického onemocnění (bez sepse); nebo (5) pacienti s neurčitým stavem (Indeterm).

Provedením sekvenování ribonukleové kyseliny (RNA) na vzorcích plné krve tým nejprve zkoumal transkripční variace mezi pacienty s klinicky a mikrobiologicky prokázanou sepsí a pacienty bez příznaků infekce. Technika zvaná Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) detekuje shluky genů v rámci datové sady se souvisejícími biologickými funkcemi.

Studie diferenciální genové exprese (DE) ve skupinách SepsisBSI a Sepsisnon-BSI byla provedena s cílem identifikovat další rozdíly mezi pacienty se sepsí s infekcemi v krevním řečišti a periferních místech. Tým vyvinul univerzální diagnostický klasifikátor sepse založený na vzorcích genové exprese v plné krvi v reakci na praktický požadavek diagnostikovat sepsi u pacientů se sepsí BSI i sepsí bez BSI. Tým použil strategii učení Bagged Support Vector Machine (bSVM) k výběru genů, které nejúspěšněji odlišily pacienty se sepsí (SepsisBSI a Sepsisnon-BSI) od pacientů bez sepse (No-Sepse).

Po sekvenování RNA od získaných pacientů, jejichž vzorky plazmy byly k dispozici, byl stanoven medián 2,3 × 107 čtení. Kromě toho byla provedena DE analýza, aby se zjistilo, zda lze k rozlišení pacientů se sepsí a bez ní použít biologicky věrohodný signál.

Výsledky

Exacerbace srdečního selhání, předávkování/otrava, srdeční zástava a plicní embolie byly nejčastěji diagnostikovanými stavy ve skupině bez sepse. Bez ohledu na podskupinu většina pacientů vyžadovala vazopresorickou podporu a mechanickou ventilaci. Pacienti v SepsisBSI a Sepsisnon-BSI, kteří měli prokázanou sepsi, nevykazovali žádný rozdíl od pacientů bez sepse ve věku, pohlaví, rase, etnickém původu, skóre APACHE III, imunodeficienci, stavu intubace, maximálním počtu bílých krvinek nebo 28denní mortalitě. Ve skupině pacientů bez sepse měli všichni pacienti kromě jednoho dvě nebo více kritérií syndromu systémové zánětlivé odpovědi (SIRS).

Studie také zjistila downregulaci signálních drah spojených se zpracováním a translací ribozomální RNA, stejně jako upregulaci genů zapojených do vrozené imunitní signalizace a degranulaci neutrofilů u pacientů se sepsí. Pomocí DE analýzy tým našel 5 227 genů. Sepse non-BSI kohorta ukázala obohacení genů spojených s defensiny, antimikrobiálními peptidy a G-alfa signalizací, stejně jako dalšími signálními cestami. Na druhou stranu, kohorta SepsisBSI prokázala obohacení genů souvisejících mimo jiné s imunoregulačními interakcemi mezi nelymfoidními a lymfoidními buňkami a signalizací CD28.

Das bSVM-Modell zeigte einen mittleren Kreuzvalidierungsbereich unter der Receiver Operating Characteristic (ROC)-Kurve (AUC) von 0,81. Proben mit Transkriptzahlen, die unter dem Schwellenwert der Qualitätskontrolle (QC) lagen, hatten eine geringere mittlere Eingangsmasse als Proben mit ausreichenden Zählungen.

Je zajímavé, že řada odlišně exprimovaných genů byla identifikována jako biomarkery sepse, včetně zvýšeného CD177, suprimovaného lidského leukocytového antigenu-DR izotypu (HLA-DRA), což ukazuje na biologicky významný transkriptomový podpis z plazmatické RNA. Ve skupině sepse bez BSI odhalilo metagenomické sekvenování nové generace (mNGS) plazmatické deoxyribonukleové kyseliny (DNA) tři z osmi patogenů bakteriálních infekcí močových cest (UTI) a dva z 25 patogenů bakteriálních infekcí dolních cest dýchacích (LRTI). Žádný ze tří pacientů s těžkou kolitidou způsobenou C. difficile tento patogen neměl. Další potenciální bakteriální patogeny neidentifikované kultivací byly nalezeny u osmi ze 73 pacientů s potvrzenou sepsí.

Diplom

Celkově výsledky studie ukázaly, že spolehlivá diagnóza sepse je usnadněna kombinací profilování exprese hostitelského genu s identifikací metagenomických patogenů z plazmatické nukleové kyseliny. K ověření a odhadu terapeutického přínosu této na kultuře nezávislé diagnostické strategie je nutný budoucí výzkum.

Odkaz:

• 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

.