La combinaison des profils d'expression des gènes hôtes et de la détection métagénomique des agents pathogènes à partir de l'acide nucléique plasmatique permet un diagnostic précis du sepsis.

La combinaison des profils d'expression des gènes hôtes et de la détection métagénomique des agents pathogènes à partir de l'acide nucléique plasmatique permet un diagnostic précis du sepsis.

Dans une étude récente publiée dans Microbiologie naturelle Les chercheurs ont développé une métagénomique intégrée hôte-microbe-plasma pour faciliter le diagnostic du sepsis.

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

arrière-plan

La sepsie représente 20 % de tous les décès dans le monde et 20 à 50 % de tous les décès à l'hôpital aux États-Unis. La détection et l’identification initiales des infections microbiennes sont nécessaires pour une antibiothérapie rapide et efficace, essentielle à la survie après une septicémie. Cependant, dans plus de 30 % des cas, aucun pathogène étiologique n’est détecté. Il est important de faire la distinction entre le sepsis et les maladies systémiques non infectieuses, car elles semblent souvent cliniquement similaires pendant l'hospitalisation.

À propos de l'étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont développé un outil de diagnostic du sepsis qui combine le profilage transcriptionnel de l’hôte avec une identification complète des agents pathogènes.

Dans deux hôpitaux de soins tertiaires, l'équipe a mené une étude observationnelle prospective auprès de patients adultes gravement malades admis du service des urgences (SU) à l'unité de soins intensifs (USI). Les patients ont été divisés en cinq sous-groupes en fonction de la présence ou de l'absence de sepsis. Ces patients comprenaient ceux qui : (1) présentaient une septicémie cliniquement confirmée ainsi qu'une infection bactérienne confirmée du sang (SepsisBSI) ; (2) sepsis cliniquement confirmé et infection confirmée non sanguine (septicémie non-BSI) ; (3) suspicion de sepsis, caractérisée par des tests microbiologiques cliniques négatifs (suspicion de sepsis) ; (4) patients sans signe de sepsis et explication de leur maladie grave (pas de sepsis) ; ou (5) patients avec un statut indéterminé (Indeterm).

En effectuant le séquençage de l'acide ribonucléique (ARN) sur des échantillons de sang total, l'équipe a d'abord examiné les variations transcriptionnelles entre les patients présentant un sepsis cliniquement et microbiologiquement prouvé et ceux sans symptômes d'infection. Une technique appelée Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) détecte des groupes de gènes au sein d’un ensemble de données avec des fonctions biologiques associées.

Une étude d'expression différentielle des gènes (DE) dans les groupes SepsisBSI et Sepsisnon-BSI a été menée pour identifier d'autres différences entre les patients atteints de sepsis présentant des infections dans la circulation sanguine et dans les sites périphériques. L’équipe a développé un classificateur diagnostique universel du sepsis basé sur les modèles d’expression génique dans le sang total en réponse à l’exigence pratique de diagnostiquer le sepsis chez les patients sepsisBSI et non-BSI. L’équipe a utilisé une stratégie d’apprentissage Bagged Support Vector Machine (bSVM) pour sélectionner les gènes qui ont permis de distinguer avec le plus de succès les patients atteints de sepsis (SepsisBSI et Sepsisnon-BSI) des patients sans sepsis (No-Sepsis).

Après séquençage de l'ARN des patients obtenus dont les échantillons de plasma étaient disponibles, une médiane de 2,3 × 107 lectures a été déterminée. De plus, une analyse DE a été réalisée pour déterminer si un signal biologiquement plausible pouvait être utilisé pour distinguer les patients avec et sans sepsis.

Résultats

L'exacerbation de l'insuffisance cardiaque, le surdosage/l'empoisonnement, l'arrêt cardiaque et l'embolie pulmonaire étaient les affections les plus fréquemment diagnostiquées dans le groupe sans septicémie. Quel que soit le sous-groupe, la plupart des patients avaient besoin d'un soutien vasopresseur et d'une ventilation mécanique. Les patients des études SepsisBSI et Sepsisnon-BSI qui présentaient un sepsis avéré n'ont montré aucune différence par rapport aux patients sans sepsis en termes d'âge, de sexe, de race, d'origine ethnique, de score APACHE III, d'immunodéficience, de statut d'intubation, de nombre maximal de globules blancs ou de mortalité à 28 jours. Dans le groupe de patients sans sepsis, tous les patients sauf un présentaient au moins deux critères du syndrome de réponse inflammatoire systémique (SIRS).

L'étude a également révélé une régulation négative des voies de signalisation associées au traitement et à la traduction de l'ARN ribosomal, ainsi qu'une régulation positive des gènes impliqués dans la signalisation immunitaire innée et la dégranulation des neutrophiles chez les patients atteints de sepsis. Grâce à l’analyse DE, l’équipe a trouvé 5 227 gènes. La cohorte de sepsis non-BSI a montré un enrichissement des gènes associés aux défensines, aux peptides antimicrobiens et à la signalisation G-alpha, ainsi qu'à d'autres voies de signalisation. En revanche, la cohorte SepsisBSI a montré un enrichissement en gènes associé, entre autres, aux interactions immunorégulatrices entre les cellules non lymphoïdes et lymphoïdes et à la signalisation CD28.

Le modèle bSVM a montré une zone moyenne de validation croisée sous la courbe des caractéristiques de fonctionnement du récepteur (ROC) (AUC) de 0,81. Les échantillons dont le nombre de transcriptions était inférieur au seuil de contrôle de qualité (CQ) avaient une masse d'entrée moyenne inférieure à celle des échantillons dont le nombre était suffisant.

Il est intéressant de noter qu’un certain nombre de gènes différentiellement exprimés ont été identifiés comme biomarqueurs du sepsis, notamment un taux élevé de CD177 et un isotype HLA-DRA supprimé de l’antigène leucocytaire humain, indiquant une signature transcriptomique biologiquement significative de l’ARN plasmatique. Dans le groupe sepsis non-BSI, le séquençage métagénomique de nouvelle génération (mNGS) de l'acide désoxyribonucléique (ADN) plasmatique a révélé trois des huit agents pathogènes des infections bactériennes des voies urinaires (IVU) et deux des 25 agents pathogènes des infections bactériennes des voies respiratoires inférieures (IVRI). Aucun des trois patients atteints de colite grave causée par C. difficile ne présentait ce pathogène. Des agents pathogènes bactériens potentiels supplémentaires non identifiés par culture ont été découverts chez huit des 73 patients présentant un sepsis confirmé.

Diplôme

Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont démontré qu’un diagnostic fiable du sepsis est facilité en combinant le profilage de l’expression du gène de l’hôte avec l’identification d’agents pathogènes métagénomiques à partir de l’acide nucléique plasmatique. Des recherches futures sont nécessaires pour vérifier et estimer le bénéfice thérapeutique de cette stratégie de diagnostic indépendante de la culture.

Référence:

• 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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