Isäntägeenin ilmentymisprofiilien ja metagenomisen patogeenin havaitsemisen yhdistelmä plasman nukleiinihaposta mahdollistaa tarkan sepsiksen diagnoosin

Isäntägeenin ilmentymisprofiilien ja metagenomisen patogeenin havaitsemisen yhdistelmä plasman nukleiinihaposta mahdollistaa tarkan sepsiksen diagnoosin

Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa Luonnollinen mikrobiologia Tutkijat kehittivät integroidun isäntä-mikrobi-plasma-metagenomiikan helpottaakseen sepsiksen diagnosointia.

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

tausta

Sepsis aiheuttaa 20 % kaikista kuolemista maailmanlaajuisesti ja 20-50 % kaikista sairaalakuolemista Yhdysvalloissa. Mikrobi-infektioiden ensimmäinen havaitseminen ja tunnistaminen on välttämätöntä oikea-aikaisen ja tehokkaan antibioottihoidon kannalta, mikä on ratkaisevan tärkeää sepsiksen selviytymiselle. Yli 30 prosentissa tapauksista etiologisia patogeenejä ei kuitenkaan havaita. Sepsiksen ja ei-tarttuvien systeemisten sairauksien erottaminen on tärkeää, koska ne näyttävät usein kliinisesti samanlaisilta sairaalahoidon aikana.

Tietoja tutkimuksesta

Tässä tutkimuksessa tutkijat kehittivät sepsiksen diagnostisen työkalun, joka yhdistää isännän transkription profiloinnin kattavaan patogeenien tunnistamiseen.

Kahdessa korkea-asteen hoidon sairaalassa ryhmä suoritti prospektiivisen havainnointitutkimuksen kriittisesti sairaista aikuisista potilaista, jotka otettiin ensiapuosastolta (ED) tehohoitoyksikköön (ICU). Potilaat jaettiin viiteen alaryhmään sepsiksen olemassaolon tai puuttumisen perusteella. Näihin potilaisiin kuuluivat ne, joilla: (1) oli kliinisesti vahvistettu sepsis sekä vahvistettu bakteeriperäinen verenkiertoinfektio (SepsisBSI); (2) kliinisesti vahvistettu sepsis ja vahvistettu ei-verenkiertoinfektio (sepsis ei-BSI); (3) epäilty sepsis, jolle on tunnusomaista negatiiviset kliiniset mikrobiologiset testit (epäilty sepsis); (4) potilaat, joilla ei ole todisteita sepsisestä ja selitys heidän kriittiselle sairaudelle (ei sepsis); tai (5) potilaat, joiden tila on määrittelemätön (Indeterm).

Suorittamalla ribonukleiinihapon (RNA) sekvensoinnin kokoverinäytteistä, ryhmä tutki ensin transkription vaihteluita potilaiden välillä, joilla oli kliinisesti ja mikrobiologisesti todistettu sepsis ja potilailla, joilla ei ollut infektion oireita. Tekniikka nimeltä Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) havaitsee geeniklustereita tietojoukosta, jolla on niihin liittyviä biologisia toimintoja.

Differentiaalisen geeniekspression (DE) tutkimus SepsisBSI- ja Sepsisnon-BSI-ryhmissä suoritettiin lisäerojen tunnistamiseksi sepsispotilaiden välillä, joilla on infektioita verenkierrossa ja perifeerisissä paikoissa. Ryhmä kehitti universaalin sepsiksen diagnostisen luokittelijan, joka perustuu kokoveren geenien ilmentymismalleihin vastauksena käytännön tarpeeseen diagnosoida sepsis sekä sepsis-BSI-potilailla että sepsiksen ei-BSI-potilailla. Tiimi käytti Bagged Support Vector Machine (bSVM) -oppimisstrategiaa valitakseen geenit, jotka parhaiten erottivat sepsispotilaat (SepsisBSI ja Sepsisnon-BSI) potilaista, joilla ei ollut sepsis (No-Sepsis).

Sen jälkeen kun oli sekvensoitu RNA saaduilta potilailta, joiden plasmanäytteitä oli saatavilla, määritettiin mediaani 2,3 × 107 lukemaa. Lisäksi suoritettiin DE-analyysi sen määrittämiseksi, voidaanko biologisesti uskottavaa signaalia käyttää erottamaan potilaat, joilla on sepsis ja ilman.

Tulokset

Sydämen vajaatoiminnan paheneminen, yliannostus/myrkytys, sydämenpysähdys ja keuhkoembolia olivat yleisimmin diagnosoituja tiloja ei-sepsisryhmässä. Alaryhmästä riippumatta useimmat potilaat tarvitsivat vasopressoritukea ja mekaanista ventilaatiota. SepsisBSI- ja Sepsisnon-BSI-potilailla, joilla oli todettu sepsis, ei havaittu eroa potilaista, joilla ei ollut sepsistä iän, sukupuolen, rodun, etnisen taustan, APACHE III -pistemäärän, immuunipuutoksen, intubaatiotilan, valkosolujen huippumäärän tai 28 päivän kuolleisuuden suhteen. Potilasryhmässä, jolla ei ollut sepsistä, kaikilla paitsi yhtä potilaalla oli kaksi tai useampia systeemisen tulehdusreaktion oireyhtymän (SIRS) kriteerejä.

Tutkimuksessa havaittiin myös ribosomaalisen RNA:n prosessointiin ja translaatioon liittyvien signalointireittien vähenemistä sekä synnynnäiseen immuunisignalointiin ja neutrofiilien degranulaatioon osallistuvien geenien lisääntymistä sepsispotilailla. DE-analyysin avulla ryhmä löysi 5 227 geeniä. Sepsiksen ei-BSI-kohortti osoitti defensiineihin, antimikrobisiin peptideihin ja G-alfa-signalointiin sekä muihin signalointireitteihin liittyvien geenien rikastumista. Toisaalta SepsisBSI-kohortti osoitti geenien rikastumista, joka liittyi muun muassa ei-lymfoidisten ja lymfoidisten solujen välisiin immunosäätelyvuorovaikutuksiin ja CD28-signalointiin.

bSVM-malli osoitti vastaanottimen toiminta-ominaisuuksien (ROC) käyrän (AUC) alapuolella olevan keskimääräisen ristiinvalidointialueen 0,81. Näytteillä, joiden transkriptimäärät olivat alle laadunvalvonnan (QC) kynnyksen, oli pienempi keskimääräinen syöttömassa kuin näytteillä, joilla oli riittävä määrä.

Mielenkiintoista on, että useita eri tavalla ilmentyviä geenejä on tunnistettu sepsiksen biomarkkereiksi, mukaan lukien kohonnut CD177, suppressoitu ihmisen leukosyyttiantigeeni-DR-isotyyppi (HLA-DRA), mikä osoittaa biologisesti merkittävän transkription allekirjoituksen plasman RNA:sta. Sepsiksen ei-BSI-ryhmässä plasman deoksiribonukleiinihapon (DNA) metagenominen seuraavan sukupolven sekvensointi (mNGS) paljasti kolme kahdeksasta bakteeriperäisten virtsatieinfektioiden (UTI) patogeenistä ja kaksi 25:stä alempien hengitystieinfektioiden (LRTI) patogeenistä. Yhdelläkään kolmesta potilaasta, joilla oli C. difficilen aiheuttama vaikea paksusuolentulehdus, ei ollut tätä taudinaiheuttajaa. Muita mahdollisia bakteeripatogeenejä, joita ei tunnistettu viljelmällä, löydettiin kahdeksalta 73 potilaasta, joilla oli vahvistettu sepsis.

Diplomi

Kaiken kaikkiaan tutkimustulokset osoittivat, että luotettavaa sepsiksen diagnoosia helpottaa yhdistämällä isäntägeenin ilmentymisen profilointi metagenomisten patogeenien tunnistamiseen plasman nukleiinihaposta. Tulevaisuuden tutkimusta tarvitaan tämän kulttuurista riippumattoman diagnostisen strategian terapeuttisen hyödyn tarkistamiseksi ja arvioimiseksi.

Viite:

• 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

.