Kombinationen af ​​værtsgenekspressionsprofiler og metagenomisk patogendetektion fra plasmanukleinsyre muliggør nøjagtig sepsisdiagnose

Kombinationen af ​​værtsgenekspressionsprofiler og metagenomisk patogendetektion fra plasmanukleinsyre muliggør nøjagtig sepsisdiagnose

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Naturlig mikrobiologi Forskere udviklede integreret vært-mikrobe-plasma-metagenomik for at lette sepsis-diagnose.

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

baggrund

Sepsis tegner sig for 20% af alle dødsfald på verdensplan og 20 til 50% af alle hospitalsdødsfald i USA. Indledende påvisning og identifikation af mikrobielle infektioner er nødvendig for rettidig og effektiv antibiotikabehandling, som er afgørende for overlevelse fra sepsis. I mere end 30 % af tilfældene påvises der dog ingen ætiologiske patogener. Det er vigtigt at skelne mellem sepsis og ikke-infektiøse systemiske sygdomme, fordi de ofte forekommer klinisk ens under indlæggelse.

Om studiet

I denne undersøgelse udviklede forskere et sepsis-diagnostisk værktøj, der kombinerer værtstransskriptionel profilering med omfattende patogenidentifikation.

På to tertiære hospitaler gennemførte holdet en prospektiv observationsundersøgelse af kritisk syge voksne patienter indlagt fra akutafdelingen (ED) på intensivafdelingen (ICU). Patienterne blev opdelt i fem undergrupper baseret på tilstedeværelse eller fravær af sepsis. Disse patienter inkluderede dem, der: (1) havde klinisk bekræftet sepsis såvel som bekræftet bakteriel blodbaneinfektion (SepsisBSI); (2) klinisk bekræftet sepsis og bekræftet ikke-blodstrømsinfektion (sepsis non-BSI); (3) mistanke om sepsis, karakteriseret ved negative kliniske mikrobiologiske tests (mistænkt sepsis); (4) patienter uden tegn på sepsis og en forklaring på deres kritiske sygdom (ingen sepsis); eller (5) patienter med en ubestemt status (Indeterm).

Ved at udføre ribonukleinsyre (RNA)-sekventering på fuldblodsprøver undersøgte holdet først transkriptionelle variationer mellem patienter med klinisk og mikrobiologisk dokumenteret sepsis og dem uden symptomer på infektion. En teknik kaldet Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) detekterer klynger af gener i et datasæt med relaterede biologiske funktioner.

En differentiel genekspression (DE) undersøgelse i SepsisBSI- og Sepsisnon-BSI-grupperne blev udført for at identificere yderligere forskelle mellem sepsispatienter med infektioner i blodbanen og perifere steder. Holdet udviklede en universel sepsis diagnostisk klassifikator baseret på genekspressionsmønstre i fuldblod som svar på det praktiske krav om at diagnosticere sepsis hos både sepsisBSI og sepsis non-BSI patienter. Holdet brugte en Bagged Support Vector Machine (bSVM) læringsstrategi til at udvælge de gener, der bedst skelnede patienter med sepsis (SepsisBSI og Sepsisnon-BSI) fra patienter uden sepsis (No-Sepsis).

Efter sekventering af RNA fra opnåede patienter, hvis plasmaprøver var tilgængelige, blev en median på 2,3 × 107 aflæsninger bestemt. Derudover blev der udført DE-analyse for at bestemme, om et biologisk plausibelt signal kunne bruges til at skelne mellem patienter med og uden sepsis.

Resultater

Forværring af hjertesvigt, overdosis/forgiftning, hjertestop og lungeemboli var de hyppigst diagnosticerede tilstande i gruppen uden sepsis. Uanset undergruppe havde de fleste patienter behov for vasopressorstøtte og mekanisk ventilation. Patienter i SepsisBSI og Sepsisnon-BSI, som havde påvist sepsis, viste ingen forskel fra patienter uden sepsis i alder, køn, race, etnicitet, APACHE III-score, immundefekt, intubationsstatus, maksimalt antal hvide blodlegemer eller 28-dages dødelighed. I gruppen af ​​patienter uden sepsis havde alle på nær én patient to eller flere kriterier for systemisk inflammatorisk responssyndrom (SIRS).

Undersøgelsen fandt også nedregulering af signalveje forbundet med ribosomal RNA-behandling og translation, samt opregulering af gener involveret i medfødt immunsignalering og neutrofil degranulering hos sepsispatienter. Ved hjælp af DE-analyse fandt holdet 5.227 gener. Sepsis-ikke-BSI-kohorten viste berigelse af gener forbundet med defensiner, antimikrobielle peptider og G-alfa-signalering, såvel som andre signalveje. På den anden side viste SepsisBSI-kohorten en berigelse af gener forbundet med blandt andet immunregulerende interaktioner mellem ikke-lymfoide og lymfoide celler og CD28-signalering.

bSVM-modellen viste et gennemsnitligt krydsvalideringsområde under modtagerens driftskarakteristik (ROC) kurve (AUC) på 0,81. Prøver med transkriptantal under kvalitetskontroltærsklen (QC) havde en lavere gennemsnitlig inputmasse end prøver med tilstrækkelige tal.

Interessant nok er en række differentielt udtrykte gener blevet identificeret som sepsis-biomarkører, herunder forhøjet CD177, undertrykt human leukocytantigen-DR-isotype (HLA-DRA), hvilket indikerer en biologisk signifikant transkriptomsignatur fra plasma-RNA. I sepsis-non-BSI-gruppen afslørede metagenomisk næste-generations-sekventering (mNGS) af plasma-deoxyribonukleinsyre (DNA) tre ud af otte patogener af bakterielle urinvejsinfektioner (UTI) og to af 25 patogener af bakterielle nedre luftvejsinfektioner (LRTI). Ingen af ​​de tre patienter med svær colitis forårsaget af C. difficile havde dette patogen. Yderligere potentielle bakterielle patogener, der ikke blev identificeret ved dyrkning, blev fundet hos otte ud af 73 patienter med bekræftet sepsis.

Eksamensbevis

Samlet set viste undersøgelsesresultater, at pålidelig sepsisdiagnose lettes ved at kombinere værtsgenekspressionsprofilering med identifikation af metagenomiske patogener fra plasmanukleinsyre. Fremtidig forskning er nødvendig for at verificere og vurdere den terapeutiske fordel ved denne kulturuafhængige diagnostiske strategi.

Reference:

• 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

.