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La combinación de perfiles de expresión genética del huésped y la detección de patógenos metagenómicos a partir del ácido nucleico plasmático permite un diagnóstico preciso de la sepsis.
En un estudio reciente publicado en Nature Microbiology, los investigadores desarrollaron una metagenómica integrada del huésped, el microbio y el plasma para facilitar el diagnóstico de la sepsis. Aprendizaje: Metagenómica integrada huésped-microbio-plasma para el diagnóstico de sepsis en una cohorte prospectiva de adultos críticamente enfermos. Crédito de la imagen: Kateryna Kon/Shutterstock Antecedentes La sepsis representa el 20 % de todas las muertes en todo el mundo y entre el 20 % y el 50 % de todas las muertes hospitalarias en los Estados Unidos. La detección e identificación iniciales de infecciones microbianas es necesaria para una terapia antibiótica oportuna y eficaz, que es crucial para la supervivencia de la sepsis. Sin embargo, en más del 30% de los casos no se detecta ningún patógeno etiológico. Distinguir entre sepsis y enfermedades sistémicas no infecciosas es importante porque ocurren durante...
La combinación de perfiles de expresión genética del huésped y la detección de patógenos metagenómicos a partir del ácido nucleico plasmático permite un diagnóstico preciso de la sepsis.
En un estudio reciente publicado en microbiología natural Los investigadores desarrollaron una metagenómica integrada entre huésped, microbio y plasma para facilitar el diagnóstico de la sepsis.
Lernen: Integrierte Wirts-Mikroben-Plasma-Metagenomik zur Sepsis-Diagnose in einer prospektiven Kohorte kritisch kranker Erwachsener. Bildnachweis: Kateryna Kon/Shutterstock
fondo
La sepsis representa el 20% de todas las muertes en todo el mundo y del 20 al 50% de todas las muertes hospitalarias en los Estados Unidos. La detección e identificación iniciales de infecciones microbianas es necesaria para una terapia antibiótica oportuna y eficaz, que es crucial para la supervivencia de la sepsis. Sin embargo, en más del 30% de los casos no se detecta ningún patógeno etiológico. Es importante distinguir entre sepsis y enfermedades sistémicas no infecciosas porque a menudo parecen clínicamente similares durante la hospitalización.
Sobre el estudio
En el presente estudio, los investigadores desarrollaron una herramienta de diagnóstico de sepsis que combina el perfil transcripcional del huésped con la identificación integral de patógenos.
En dos hospitales de atención terciaria, el equipo llevó a cabo un estudio observacional prospectivo de pacientes adultos críticamente enfermos admitidos desde el departamento de emergencias (DE) a la unidad de cuidados intensivos (UCI). Los pacientes se dividieron en cinco subgrupos según la presencia o ausencia de sepsis. Estos pacientes incluyeron aquellos que: (1) tenían sepsis clínicamente confirmada, así como infección bacteriana del torrente sanguíneo confirmada (SepsisBSI); (2) sepsis clínicamente confirmada e infección no sanguínea confirmada (sepsis no BSI); (3) sospecha de sepsis, caracterizada por pruebas microbiológicas clínicas negativas (sospecha de sepsis); (4) pacientes sin evidencia de sepsis y una explicación de su enfermedad crítica (sin sepsis); o (5) pacientes con estado indeterminado (Indeterm).
Al realizar la secuenciación del ácido ribonucleico (ARN) en muestras de sangre completa, el equipo examinó primero las variaciones transcripcionales entre pacientes con sepsis clínica y microbiológicamente probada y aquellos sin síntomas de infección. Una técnica llamada Análisis de Enriquecimiento de Conjuntos de Genes (GSEA) detecta grupos de genes dentro de un conjunto de datos con funciones biológicas relacionadas.
Se realizó un estudio de expresión genética diferencial (DE) en los grupos SepsisBSI y Sepsisnon-BSI para identificar diferencias adicionales entre pacientes con sepsis con infecciones en el torrente sanguíneo y sitios periféricos. El equipo desarrolló un clasificador de diagnóstico de sepsis universal basado en patrones de expresión genética en sangre completa en respuesta al requisito práctico de diagnosticar sepsis tanto en pacientes con sepsis BSI como sin sepsis. El equipo utilizó una estrategia de aprendizaje de Bagged Support Vector Machine (bSVM) para seleccionar los genes que distinguían con mayor éxito a los pacientes con sepsis (SepsisBSI y Sepsisnon-BSI) de los pacientes sin sepsis (No-Sepsis).
Después de secuenciar el ARN de pacientes obtenidos cuyas muestras de plasma estaban disponibles, se determinó una mediana de 2,3 × 107 lecturas. Además, se realizó un análisis DE para determinar si se podría utilizar una señal biológicamente plausible para distinguir a los pacientes con y sin sepsis.
Resultados
La exacerbación de la insuficiencia cardíaca, la sobredosis/intoxicación, el paro cardíaco y la embolia pulmonar fueron las afecciones diagnosticadas con mayor frecuencia en el grupo sin sepsis. Independientemente del subgrupo, la mayoría de los pacientes requirieron soporte vasopresor y ventilación mecánica. Los pacientes en SepsisBSI y Sepsisnon-BSI que tenían sepsis comprobada no mostraron diferencias con respecto a los pacientes sin sepsis en edad, sexo, raza, origen étnico, puntuación APACHE III, inmunodeficiencia, estado de intubación, recuento máximo de glóbulos blancos o mortalidad a los 28 días. En el grupo de pacientes sin sepsis, todos menos uno tenían dos o más criterios de síndrome de respuesta inflamatoria sistémica (SRIS).
El estudio también encontró una regulación negativa de las vías de señalización asociadas con el procesamiento y la traducción del ARN ribosómico, así como una regulación positiva de los genes implicados en la señalización inmune innata y la desgranulación de neutrófilos en pacientes con sepsis. Utilizando el análisis DE, el equipo encontró 5.227 genes. La cohorte con sepsis sin BSI mostró enriquecimiento de genes asociados con defensinas, péptidos antimicrobianos y señalización G-alfa, así como otras vías de señalización. Por otro lado, la cohorte SepsisBSI mostró un enriquecimiento de genes asociados con, entre otras cosas, interacciones inmunorreguladoras entre células linfoides y no linfoides y la señalización de CD28.
El modelo bSVM mostró un área de validación cruzada media bajo la curva característica operativa del receptor (ROC) (AUC) de 0,81. Las muestras con recuentos de transcripciones por debajo del umbral de control de calidad (QC) tuvieron una masa de entrada media más baja que las muestras con recuentos suficientes.
Curiosamente, se han identificado varios genes expresados diferencialmente como biomarcadores de sepsis, incluido el CD177 elevado, el isotipo DR del antígeno leucocitario humano suprimido (HLA-DRA), que indica una firma del transcriptoma biológicamente significativa del ARN plasmático. En el grupo de sepsis sin BSI, la secuenciación metagenómica de próxima generación (mNGS) del ácido desoxirribonucleico (ADN) plasmático reveló tres de ocho patógenos de infecciones bacterianas del tracto urinario (ITU) y dos de 25 patógenos de infecciones bacterianas del tracto respiratorio inferior (LRTI). Ninguno de los tres pacientes con colitis grave causada por C. difficile tenía este patógeno. Se encontraron patógenos bacterianos potenciales adicionales no identificados mediante cultivo en ocho de 73 pacientes con sepsis confirmada.
Diploma
En general, los resultados del estudio demostraron que el diagnóstico fiable de sepsis se facilita combinando el perfil de expresión del gen del huésped con la identificación de patógenos metagenómicos a partir del ácido nucleico plasmático. Se necesitan investigaciones futuras para verificar y estimar el beneficio terapéutico de esta estrategia de diagnóstico independiente de la cultura.
Referencia:
- 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
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