Ο συνδυασμός προφίλ έκφρασης γονιδίου ξενιστή και ανίχνευσης μεταγονιδιωματικού παθογόνου από νουκλεϊκό οξύ πλάσματος επιτρέπει την ακριβή διάγνωση σήψης

Ο συνδυασμός προφίλ έκφρασης γονιδίου ξενιστή και ανίχνευσης μεταγονιδιωματικού παθογόνου από νουκλεϊκό οξύ πλάσματος επιτρέπει την ακριβή διάγνωση σήψης

Σε πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Φυσική μικροβιολογία Οι ερευνητές ανέπτυξαν ολοκληρωμένη μεταγονιδιωματική ξενιστή-μικρόβιο-πλάσμα για να διευκολύνουν τη διάγνωση της σήψης.

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

φόντο

Η σήψη ευθύνεται για το 20% όλων των θανάτων παγκοσμίως και το 20 έως 50% όλων των θανάτων στα νοσοκομεία στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η αρχική ανίχνευση και ταυτοποίηση των μικροβιακών λοιμώξεων είναι απαραίτητη για την έγκαιρη και αποτελεσματική αντιβιοτική θεραπεία, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για την επιβίωση από τη σήψη. Ωστόσο, σε περισσότερο από το 30% των περιπτώσεων, δεν ανιχνεύονται αιτιολογικά παθογόνα. Η διάκριση μεταξύ σήψης και μη μολυσματικών συστηματικών ασθενειών είναι σημαντική επειδή συχνά εμφανίζονται κλινικά παρόμοια κατά τη διάρκεια της νοσηλείας.

Σχετικά με τη μελέτη

Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα διαγνωστικό εργαλείο σήψης που συνδυάζει το μεταγραφικό προφίλ του ξενιστή με την πλήρη ταυτοποίηση παθογόνων.

Σε δύο νοσοκομεία τριτοβάθμιας περίθαλψης, η ομάδα διεξήγαγε μια προοπτική μελέτη παρατήρησης ενήλικων ασθενών σε κρίσιμη κατάσταση που εισήχθησαν από το τμήμα επειγόντων περιστατικών (ED) στη μονάδα εντατικής θεραπείας (ΜΕΘ). Οι ασθενείς χωρίστηκαν σε πέντε υποομάδες με βάση την παρουσία ή απουσία σήψης. Αυτοί οι ασθενείς περιελάμβαναν εκείνους που: (1) είχαν κλινικά επιβεβαιωμένη σήψη καθώς και επιβεβαιωμένη βακτηριακή λοίμωξη στην κυκλοφορία του αίματος (SepsisBSI). (2) κλινικά επιβεβαιωμένη σήψη και επιβεβαιωμένη λοίμωξη χωρίς κυκλοφορία του αίματος (σήψη μη BSI). (3) ύποπτη σήψη, που χαρακτηρίζεται από αρνητικές κλινικές μικροβιολογικές εξετάσεις (ύποπτη σήψη). (4) ασθενείς χωρίς ενδείξεις σήψης και εξήγηση για την κρίσιμη ασθένειά τους (χωρίς σήψη). ή (5) ασθενείς με απροσδιόριστη κατάσταση (Indeterm).

Πραγματοποιώντας αλληλουχία ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA) σε δείγματα πλήρους αίματος, η ομάδα εξέτασε αρχικά τις μεταγραφικές παραλλαγές μεταξύ ασθενών με κλινικά και μικροβιολογικά αποδεδειγμένη σήψη και εκείνων χωρίς συμπτώματα μόλυνσης. Μια τεχνική που ονομάζεται Ανάλυση Εμπλουτισμού Συνόλων Γονιδίων (GSEA) ανιχνεύει συστάδες γονιδίων μέσα σε ένα σύνολο δεδομένων με σχετικές βιολογικές λειτουργίες.

Διεξήχθη μια μελέτη διαφορικής γονιδιακής έκφρασης (DE) στις ομάδες SepsisBSI και Sepsisnon-BSI για τον εντοπισμό περαιτέρω διαφορών μεταξύ ασθενών με σήψη με λοιμώξεις στην κυκλοφορία του αίματος και στις περιφερικές θέσεις. Η ομάδα ανέπτυξε έναν καθολικό ταξινομητή διάγνωσης σήψης με βάση τα πρότυπα γονιδιακής έκφρασης στο πλήρες αίμα ως απάντηση στην πρακτική απαίτηση για τη διάγνωση της σήψης τόσο σε ασθενείς με σήψη BSI όσο και σε ασθενείς με σήψη χωρίς BSI. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια στρατηγική εκμάθησης Bagged Support Vector Machine (bSVM) για να επιλέξει τα γονίδια που ξεχώριζαν με μεγαλύτερη επιτυχία τους ασθενείς με σήψη (SepsisBSI και Sepsisnon-BSI) από τους ασθενείς χωρίς σήψη (No-Sepsis).

Μετά τον προσδιορισμό της αλληλουχίας του RNA από ασθενείς που ελήφθησαν των οποίων τα δείγματα πλάσματος ήταν διαθέσιμα, προσδιορίστηκε μια διάμεση τιμή 2,3 × 107 μετρήσεων. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε ανάλυση DE για να προσδιοριστεί εάν ένα βιολογικά εύλογο σήμα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση ασθενών με και χωρίς σήψη.

Αποτελέσματα

Η έξαρση της καρδιακής ανεπάρκειας, η υπερδοσολογία/δηλητηρίαση, η καρδιακή ανακοπή και η πνευμονική εμβολή ήταν οι πιο συχνά διαγνωσθείσες παθήσεις στην ομάδα χωρίς σηψαιμία. Ανεξάρτητα από την υποομάδα, οι περισσότεροι ασθενείς χρειάζονταν αγγειοσυσπαστική υποστήριξη και μηχανικό αερισμό. Οι ασθενείς σε SepsisBSI και Sepsisnon-BSI που είχαν αποδεδειγμένη σήψη δεν εμφάνισαν διαφορά από ασθενείς χωρίς σήψη σε ηλικία, φύλο, φυλή, εθνικότητα, βαθμολογία APACHE III, ανοσοανεπάρκεια, κατάσταση διασωλήνωσης, μέγιστο αριθμό λευκών αιμοσφαιρίων ή θνησιμότητα 28 ημερών. Στην ομάδα των ασθενών χωρίς σήψη, όλοι εκτός από έναν είχαν δύο ή περισσότερα κριτήρια για το σύνδρομο συστηματικής φλεγμονώδους απόκρισης (SIRS).

Η μελέτη βρήκε επίσης μείωση των οδών σηματοδότησης που σχετίζονται με την επεξεργασία και μετάφραση του ριβοσωμικού RNA, καθώς και ρύθμιση προς τα πάνω των γονιδίων που εμπλέκονται στην έμφυτη ανοσολογική σηματοδότηση και την αποκοκκίωση ουδετερόφιλων σε ασθενείς με σήψη. Χρησιμοποιώντας ανάλυση DE, η ομάδα βρήκε 5.227 γονίδια. Η κοόρτη σήψης χωρίς BSI έδειξε εμπλουτισμό γονιδίων που σχετίζονται με άμυνες, αντιμικροβιακά πεπτίδια και σηματοδότηση G-alpha, καθώς και άλλες οδούς σηματοδότησης. Από την άλλη πλευρά, η κοόρτη SepsisBSI έδειξε έναν εμπλουτισμό γονιδίων που σχετίζονται, μεταξύ άλλων, με ανοσορυθμιστικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ μη λεμφοειδών και λεμφοειδών κυττάρων και με τη σηματοδότηση CD28.

Το μοντέλο bSVM έδειξε μια μέση περιοχή διασταυρούμενης επικύρωσης κάτω από την καμπύλη χαρακτηριστικής λειτουργίας δέκτη (ROC) (AUC) 0,81. Τα δείγματα με μετρήσεις μεταγραφής κάτω από το όριο ποιοτικού ελέγχου (QC) είχαν χαμηλότερη μέση μάζα εισόδου από τα δείγματα με επαρκείς μετρήσεις.

Είναι ενδιαφέρον ότι ένας αριθμός διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων έχει ταυτοποιηθεί ως βιοδείκτες σήψης, συμπεριλαμβανομένου του αυξημένου CD177, κατασταλμένου ανθρώπινου λευκοκυττάρου αντιγόνου-DR ισότυπου (HLA-DRA), υποδεικνύοντας μια βιολογικά σημαντική υπογραφή μεταγραφής από το RNA του πλάσματος. Στην ομάδα σήψης χωρίς BSI, ο μεταγονιδιωματικός προσδιορισμός αλληλουχίας επόμενης γενιάς (mNGS) του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος πλάσματος (DNA) αποκάλυψε τρία από τα οκτώ παθογόνα βακτηριακών λοιμώξεων του ουροποιητικού συστήματος (UTI) και δύο από τα 25 παθογόνα βακτηριακών λοιμώξεων του κατώτερου αναπνευστικού συστήματος (LRTI). Κανένας από τους τρεις ασθενείς με σοβαρή κολίτιδα που προκαλείται από C. difficile δεν είχε αυτό το παθογόνο. Πρόσθετα πιθανά βακτηριακά παθογόνα που δεν προσδιορίστηκαν με καλλιέργεια βρέθηκαν σε οκτώ από τους 73 ασθενείς με επιβεβαιωμένη σήψη.

Δίπλωμα

Συνολικά, τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι η αξιόπιστη διάγνωση της σήψης διευκολύνεται με το συνδυασμό του προφίλ έκφρασης του γονιδίου ξενιστή με την ταυτοποίηση μεταγονιδιωματικών παθογόνων από το νουκλεϊκό οξύ του πλάσματος. Απαιτείται μελλοντική έρευνα για να επαληθευτεί και να εκτιμηθεί το θεραπευτικό όφελος αυτής της ανεξάρτητης από την καλλιέργεια διαγνωστικής στρατηγικής.

Αναφορά:

• 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

.