Peremeesgeeni ekspressiooniprofiilide ja metagenoomilise patogeeni tuvastamise kombinatsioon plasma nukleiinhappest võimaldab täpset sepsise diagnoosimist

Peremeesgeeni ekspressiooniprofiilide ja metagenoomilise patogeeni tuvastamise kombinatsioon plasma nukleiinhappest võimaldab täpset sepsise diagnoosimist

aastal avaldatud hiljutises uuringus Looduslik mikrobioloogia Teadlased töötasid sepsise diagnoosimise hõlbustamiseks välja integreeritud peremees-mikroobi-plasma metagenoomika.

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

taustal

Sepsis moodustab 20% kõigist surmajuhtumitest kogu maailmas ja 20–50% kõigist haiglasurmadest Ameerika Ühendriikides. Mikroobsete infektsioonide esialgne avastamine ja tuvastamine on vajalik õigeaegseks ja tõhusaks antibiootikumraviks, mis on sepsisest ellujäämiseks ülioluline. Kuid enam kui 30% juhtudest ei tuvastata etioloogilisi patogeene. Sepsise ja mitteinfektsioossete süsteemsete haiguste eristamine on oluline, kuna need näivad haiglaravi ajal sageli kliiniliselt sarnased.

Uuringu kohta

Käesolevas uuringus töötasid teadlased välja sepsise diagnostikavahendi, mis ühendab peremeesorganismi transkriptsiooniprofiilide koostamise tervikliku patogeeni tuvastamisega.

Kahes kolmanda astme haiglas viis meeskond läbi prospektiivse vaatlusuuringu kriitiliselt haigete täiskasvanud patsientidega, kes võeti erakorralise meditsiini osakonnast (ED) intensiivravi osakonda (ICU). Patsiendid jagati sepsise olemasolu või puudumise alusel viide alarühma. Nende patsientide hulka kuulusid need, kellel: (1) oli kliiniliselt kinnitatud sepsis ja kinnitatud bakteriaalne vereringeinfektsioon (SepsisBSI); (2) kliiniliselt kinnitatud sepsis ja kinnitatud mitte-vereringeinfektsioon (sepsis mitte-BSI); (3) sepsise kahtlus, mida iseloomustavad negatiivsed kliinilised mikrobioloogilised testid (sepsise kahtlus); (4) patsiendid, kellel puuduvad sepsise tunnused ja nende kriitilise haiguse seletus (sepsis puudub); või (5) määramata staatusega patsiendid (Indeterm).

Ribonukleiinhappe (RNA) sekveneerimisega täisvereproovidel uuris meeskond esmalt transkriptsioonilisi erinevusi kliiniliselt ja mikrobioloogiliselt tõestatud sepsisega patsientide ja infektsioonisümptomiteta patsientide vahel. Geenide komplekti rikastamise analüüsi (GSEA) nimeline tehnika tuvastab seotud bioloogiliste funktsioonidega andmekogumis geenide klastrid.

SepsisBSI ja Sepsisnon-BSI rühmades viidi läbi diferentsiaalse geeniekspressiooni (DE) uuring, et teha kindlaks täiendavad erinevused sepsisepatsientide vahel, kellel on infektsioonid vereringes ja perifeersetes kohtades. Töörühm töötas välja universaalse sepsise diagnostilise klassifikaatori, mis põhineb täisvere geeniekspressiooni mustritel, vastuseks praktilisele nõudele diagnoosida sepsis nii sepsise BSI kui ka sepsise mitte-BSI patsientidel. Meeskond kasutas Bagged Support Vector Machine (bSVM) õppestrateegiat, et valida geenid, mis eristasid sepsisega patsiente (SepsisBSI ja Sepsisnon-BSI) kõige edukamalt sepsiseta (No-Sepsis) patsientidest.

Pärast RNA sekveneerimist saadud patsientidelt, kelle plasmaproovid olid saadaval, määrati mediaan 2, 3 × 107 näitu. Lisaks viidi läbi DE analüüs, et teha kindlaks, kas sepsisega ja ilma sepsiseta patsientide eristamiseks saab kasutada bioloogiliselt usutavat signaali.

Tulemused

Südamepuudulikkuse ägenemine, üleannustamine/mürgistus, südameseiskus ja kopsuemboolia olid sepsiseta rühmas kõige sagedamini diagnoositud seisundid. Olenemata alarühmast vajas enamik patsiente vasopressori tuge ja mehaanilist ventilatsiooni. SepsisBSI ja Sepsisnon-BSI patsientidel, kellel oli tõestatud sepsis, ei ilmnenud mingit erinevust ilma sepsiseta patsientide vanuse, soo, rassi, etnilise päritolu, APACHE III skoori, immuunpuudulikkuse, intubatsiooniseisundi, valgete vereliblede maksimaalse arvu ega 28-päevase suremuse osas. Sepsiseta patsientide rühmas oli kõigil peale ühe patsiendi kaks või enam süsteemse põletikulise vastuse sündroomi (SIRS) kriteeriumi.

Uuringus leiti ka ribosomaalse RNA töötlemise ja translatsiooniga seotud signaaliradade allareguleerimine, samuti kaasasündinud immuunsignalisatsiooni ja neutrofiilide degranulatsiooniga seotud geenide ülesreguleerimine sepsisehaigetel. DE analüüsi kasutades leidis meeskond 5227 geeni. Sepsise mitte-BSI kohort näitas defensiinide, antimikroobsete peptiidide ja G-alfa signaaliülekandega seotud geenide rikastumist, aga ka muid signaaliradasid. Teisest küljest näitas SepsisBSI kohort geenide rikastumist, mis oli muu hulgas seotud immunoregulatoorsete interaktsioonidega mitte-lümfoidsete ja lümfoidrakkude vahel ning CD28 signaaliülekandega.

bSVM-i mudel näitas vastuvõtja tööomaduste (ROC) kõvera (AUC) all olevaks keskmiseks ristvalideerimisalaks 0,81. Proovidel, mille transkriptsioonide arv oli alla kvaliteedikontrolli (QC) läve, oli väiksem keskmine sisendmass kui piisava arvuga proovidel.

Huvitav on see, et sepsise biomarkeritena on tuvastatud mitmeid erinevalt ekspresseeritud geene, sealhulgas kõrgenenud CD177, allasurutud inimese leukotsüütide antigeen-DR isotüüp (HLA-DRA), mis näitab bioloogiliselt olulist transkriptoomilist signatuuri plasma RNA-st. Sepsise mitte-BSI rühmas näitas plasma desoksüribonukleiinhappe (DNA) metagenoomiline järgmise põlvkonna sekveneerimine (mNGS) kaheksast bakteriaalsete kuseteede infektsioonide (UTI) patogeenist kolm ja alumiste hingamisteede bakteriaalsete infektsioonide (LRTI) kaks 25 patogeenist. Ühelgi kolmest C. difficile põhjustatud raske koliidiga patsiendist ei esinenud seda patogeeni. Täiendavad potentsiaalsed bakteriaalsed patogeenid, mida kultuuris ei tuvastatud, leiti kaheksal 73-st kinnitatud sepsisega patsiendist.

Diplom

Üldiselt näitasid uuringutulemused, et sepsise usaldusväärset diagnoosimist hõlbustab peremeesgeeni ekspressiooniprofiilide kombineerimine metagenoomiliste patogeenide tuvastamisega plasma nukleiinhappest. Selle kultuurist sõltumatu diagnostikastrateegia terapeutilise kasu kontrollimiseks ja hindamiseks on vaja tulevasi uuringuid.

Viide:

• 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

.