Kombinacija profila ekspresije gena domaćina i detekcije metagenomskog patogena iz nukleinske kiseline plazme omogućuje točnu dijagnozu sepse

Kombinacija profila ekspresije gena domaćina i detekcije metagenomskog patogena iz nukleinske kiseline plazme omogućuje točnu dijagnozu sepse

U nedavnoj studiji objavljenoj u Prirodna mikrobiologija Istraživači su razvili integriranu metagenomiku domaćin-mikrob-plazma kako bi olakšali dijagnozu sepse.

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

pozadina

Sepsa je uzrok 20% svih smrtnih slučajeva u svijetu i 20 do 50% svih bolničkih smrti u Sjedinjenim Državama. Inicijalno otkrivanje i identifikacija mikrobnih infekcija nužna je za pravovremenu i učinkovitu antibiotsku terapiju, koja je ključna za preživljavanje od sepse. Međutim, u više od 30% slučajeva ne otkrivaju se etiološki uzročnici. Razlikovanje između sepse i nezaraznih sistemskih bolesti je važno jer se često klinički čine sličnim tijekom hospitalizacije.

O studiju

U ovoj studiji istraživači su razvili dijagnostički alat za sepsu koji kombinira transkripcijsko profiliranje domaćina sa sveobuhvatnom identifikacijom patogena.

U dvije bolnice tercijarne skrbi tim je proveo prospektivnu opservacijsku studiju kritično bolesnih odraslih pacijenata primljenih s hitnog odjela (ED) na jedinicu intenzivne njege (JIL). Bolesnici su podijeljeni u pet podskupina na temelju prisutnosti ili odsutnosti sepse. Ti su pacijenti uključivali one koji su: (1) imali klinički potvrđenu sepsu kao i potvrđenu bakterijsku infekciju krvotoka (SepsisBSI); (2) klinički potvrđena sepsa i potvrđena izvankrvotokna infekcija (sepsa non-BSI); (3) sumnja na sepsu, karakterizirana negativnim kliničkim mikrobiološkim testovima (sumnja na sepsu); (4) pacijenti bez dokaza o sepsi i objašnjenja njihove kritične bolesti (bez sepse); ili (5) pacijenti s neodređenim statusom (Indeterm).

Izvođenjem sekvenciranja ribonukleinske kiseline (RNA) na uzorcima cijele krvi, tim je prvo ispitao transkripcijske varijacije između pacijenata s klinički i mikrobiološki dokazanom sepsom i onih bez simptoma infekcije. Tehnika pod nazivom Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) detektira klastere gena unutar skupa podataka s povezanim biološkim funkcijama.

Provedena je studija diferencijalne ekspresije gena (DE) u skupinama SepsisBSI i Sepsisnon-BSI kako bi se identificirale daljnje razlike između pacijenata sa sepsom s infekcijama u krvotoku i perifernim mjestima. Tim je razvio univerzalni dijagnostički klasifikator sepse temeljen na obrascima ekspresije gena u punoj krvi kao odgovor na praktične zahtjeve za dijagnosticiranje sepse i kod pacijenata sa sepsom BSI i kod pacijenata koji nemaju sepsu. Tim je koristio strategiju učenja Bagged Support Vector Machine (bSVM) za odabir gena koji su najuspješnije razlikovali pacijente sa sepsom (SepsisBSI i Sepsisnon-BSI) od pacijenata bez sepse (No-Sepsis).

Nakon sekvenciranja RNA dobivenih pacijenata čiji su uzorci plazme bili dostupni, određen je medijan od 2,3 × 107 očitanja. Osim toga, provedena je DE analiza kako bi se utvrdilo može li se biološki prihvatljiv signal koristiti za razlikovanje pacijenata sa i bez sepse.

Rezultati

Egzacerbacija zatajenja srca, predoziranje/trovanje, srčani zastoj i plućna embolija bila su najčešće dijagnosticirana stanja u skupini bez sepse. Bez obzira na podskupinu, većina bolesnika zahtijevala je potporu vazopresorima i mehaničku ventilaciju. Pacijenti u SepsisBSI i Sepsisnon-BSI koji su imali dokazanu sepsu nisu pokazali razliku u odnosu na pacijente bez sepse u dobi, spolu, rasi, etničkoj pripadnosti, APACHE III rezultatu, imunodeficijenciji, statusu intubacije, vršnom broju bijelih krvnih stanica ili 28-dnevnoj smrtnosti. U skupini bolesnika bez sepse, svi osim jednog bolesnika imali su dva ili više kriterija sindroma sistemskog upalnog odgovora (SIRS).

Studija je također otkrila smanjenu regulaciju signalnih putova povezanih s procesiranjem i translacijom ribosomske RNA, kao i pojačanu regulaciju gena uključenih u urođenu imunološku signalizaciju i degranulaciju neutrofila kod pacijenata sa sepsom. Koristeći DE analizu, tim je pronašao 5227 gena. Kohorta sepse bez BSI pokazala je obogaćivanje gena povezanih s defenzinima, antimikrobnim peptidima i G-alfa signalizacijom, kao i drugim signalnim putovima. S druge strane, kohorta SepsisBSI pokazala je obogaćivanje gena povezanih s, između ostalog, imunoregulacijskim interakcijama između ne-limfoidnih i limfoidnih stanica i CD28 signalizacijom.

Model bSVM pokazao je srednju vrijednost područja unakrsne validacije ispod krivulje radne karakteristike prijemnika (ROC) (AUC) od 0,81. Uzorci s brojem transkripata ispod praga kontrole kvalitete (QC) imali su nižu srednju ulaznu masu od uzoraka s dovoljnim brojem.

Zanimljivo je da su brojni različito izraženi geni identificirani kao biomarkeri sepse, uključujući povišeni CD177, potisnuti humani leukocitni antigen-DR izotip (HLA-DRA), što ukazuje na biološki značajan transkriptomski potpis iz RNA plazme. U skupini sa sepsom bez BSI, metagenomsko sekvenciranje sljedeće generacije (mNGS) deoksiribonukleinske kiseline (DNA) plazme otkrilo je tri od osam patogena bakterijskih infekcija mokraćnog sustava (UTI) i dva od 25 patogena bakterijskih infekcija donjeg respiratornog trakta (LRTI). Niti jedan od tri bolesnika s teškim kolitisom uzrokovanim C. difficile nije imao ovaj uzročnik. Dodatni potencijalni bakterijski patogeni koji nisu identificirani kulturom pronađeni su u osam od 73 bolesnika s potvrđenom sepsom.

Diploma

Sve u svemu, rezultati studije pokazali su da je pouzdana dijagnoza sepse olakšana kombinacijom profiliranja ekspresije gena domaćina s identifikacijom metagenomskih patogena iz nukleinske kiseline plazme. Potrebna su buduća istraživanja kako bi se potvrdila i procijenila terapijska korist ove dijagnostičke strategije neovisne o kulturi.

Referenca:

• 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

.