A gazdagén expressziós profiljai és a plazmanukleinsavból történő metagenomikus patogén kimutatás kombinációja lehetővé teszi a szepszis pontos diagnosztizálását

A gazdagén expressziós profiljai és a plazmanukleinsavból történő metagenomikus patogén kimutatás kombinációja lehetővé teszi a szepszis pontos diagnosztizálását

Egy nemrégiben megjelent tanulmányban Természetes mikrobiológia A kutatók integrált gazda-mikroba-plazma metagenomikát fejlesztettek ki, hogy megkönnyítsék a szepszis diagnosztizálását.

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

háttér

A szepszis az összes haláleset 20%-áért világszerte, az Egyesült Államokban pedig a kórházi halálesetek 20-50%-áért felelős. A mikrobiális fertőzések kezdeti felismerése és azonosítása szükséges az időben történő és hatékony antibiotikum-terápia érdekében, amely kulcsfontosságú a szepszis túlélése szempontjából. Az esetek több mint 30%-ában azonban nem észlelnek etiológiai kórokozót. A szepszis és a nem fertőző szisztémás betegségek megkülönböztetése azért fontos, mert gyakran klinikailag hasonlónak tűnnek a kórházi kezelés során.

A tanulmányról

A jelen tanulmányban a kutatók egy szepszis diagnosztikai eszközt fejlesztettek ki, amely kombinálja a gazdaszervezet transzkripciós profilját a kórokozó átfogó azonosításával.

Két felsőfokú kórházban a csapat prospektív megfigyeléses vizsgálatot végzett a sürgősségi osztályról (ED) az intenzív osztályra (ICU) felvett, kritikus állapotú felnőtt betegek körében. A betegeket öt alcsoportra osztották a szepszis megléte vagy hiánya alapján. Ezek a betegek közé tartoznak azok, akik: (1) klinikailag megerősített szepszisben, valamint igazolt bakteriális véráram-fertőzésben (SepsisBSI) szenvedtek; (2) klinikailag igazolt szepszis és igazolt nem véráramú fertőzés (szepszis nem BSI); (3) szepszis gyanúja, negatív klinikai mikrobiológiai tesztekkel jellemezve (gyanús szepszis); (4) a szepszisre utaló jelek nélküli betegek és kritikus betegségük magyarázata (nincs szepszis); vagy (5) határozatlan állapotú betegek (Indeterm).

A teljes vérminták ribonukleinsav (RNS) szekvenálása során a csapat először megvizsgálta a transzkripciós eltéréseket a klinikailag és mikrobiológiailag igazolt szepszisben szenvedő és a fertőzés tüneteit nem mutató betegek között. A Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) nevű technika a kapcsolódó biológiai funkciókkal rendelkező adatkészleten belüli gének klasztereit észleli.

Különböző génexpressziós (DE) vizsgálatot végeztek a SepsisBSI és Sepsisnon-BSI csoportokban, hogy további különbségeket azonosítsanak a véráramban és a perifériás helyeken fertőzésben szenvedő szepszises betegek között. A csapat egy univerzális szepszis diagnosztikai osztályozót dolgozott ki, amely teljes vérben lévő génexpressziós mintázatokon alapul, válaszul a szepszis diagnosztizálásának gyakorlati követelményére mind a szepszisBSI-ben, mind a szepszis nem BSI-s betegekben. A csapat Bagged Support Vector Machine (bSVM) tanulási stratégiát használt, hogy kiválaszthassa azokat a géneket, amelyek a legsikeresebben különböztették meg a szepszisben szenvedő betegeket (SepsisBSI és Sepsisnon-BSI) a szepszisben (No-Sepsis) nem szenvedő betegektől.

Az olyan betegek RNS-ének szekvenálását követően, akiknek plazmamintái rendelkezésre álltak, a medián értéke 2,3 × 107 volt. Ezenkívül DE-analízist végeztek annak meghatározására, hogy egy biológiailag elfogadható jel felhasználható-e a szepszisben szenvedő és a szepszis nélküli betegek megkülönböztetésére.

Eredmények

A szívelégtelenség súlyosbodása, túladagolás/mérgezés, szívleállás és tüdőembólia voltak a leggyakrabban diagnosztizált állapotok a szepszis nélküli csoportban. Alcsoporttól függetlenül a legtöbb betegnek vazopresszor támogatásra és gépi lélegeztetésre volt szüksége. A SepsisBSI-ben és a Sepsisnon-BSI-ben szenvedő betegek, akiknél igazoltan szepszisben szenvedtek, nem mutattak különbséget a szepszisben nem szenvedő betegektől az életkor, a nem, a rassz, az etnikai hovatartozás, az APACHE III pontszám, az immunhiány, az intubációs állapot, a fehérvérsejt-csúcsszám vagy a 28 napos mortalitás tekintetében. A szepszisben nem szenvedő betegek csoportjában egy kivételével mindegyik betegnél két vagy több szisztémás gyulladásos válasz szindróma (SIRS) kritérium volt.

A tanulmány a riboszomális RNS-feldolgozáshoz és -transzlációhoz kapcsolódó jelátviteli útvonalak leszabályozását, valamint a veleszületett immunjelátvitelben és a neutrofil degranulációban részt vevő gének felszabályozását is kimutatta szepszises betegeknél. A DE elemzés segítségével a csapat 5227 gént talált. A szepszis nem BSI kohorsz a defenzinekhez, antimikrobiális peptidekhez és G-alfa jelátvitelhez, valamint egyéb jelátviteli útvonalakhoz kapcsolódó gének feldúsulását mutatta. Másrészt a SepsisBSI kohorsz a gének feldúsulását mutatta, amely többek között a nem limfoid és limfoid sejtek közötti immunregulációs kölcsönhatásokkal és a CD28 jelátvitellel kapcsolatos.

A bSVM modell 0,81-es átlagos keresztellenőrzési területet mutatott a vevő működési karakterisztika (ROC) görbéje (AUC) alatt. A minőség-ellenőrzési (QC) küszöbérték alatti transzkriptumszámmal rendelkező minták átlagos bemeneti tömege alacsonyabb volt, mint az elegendő számmal rendelkező mintáké.

Érdekes módon számos eltérően expresszált gént azonosítottak szepszis biomarkerként, köztük az emelkedett CD177-et, az elnyomott humán leukocita antigén-DR izotípust (HLA-DRA), ami a plazma RNS-ből származó biológiailag jelentős transzkriptom aláírására utal. A szepszis nem BSI csoportban a plazma dezoxiribonukleinsav (DNS) metagenomikus következő generációs szekvenálása (mNGS) a bakteriális húgyúti fertőzések (UTI) nyolc kórokozója közül hármat és a bakteriális alsó légúti fertőzések (LRTI) 25 kórokozója közül kettőt tárt fel. A C. difficile által okozott súlyos vastagbélgyulladásban szenvedő három beteg egyikében sem volt ez a kórokozó. A tenyésztéssel nem azonosított további potenciális bakteriális kórokozókat 73 igazolt szepszisben szenvedő beteg közül nyolcnál találtak.

Oklevél

Összességében a vizsgálati eredmények azt mutatták, hogy a szepszis megbízható diagnosztizálását megkönnyíti a gazdagénexpressziós profilozás és a metagenomikus kórokozók plazmanukleinsavból történő azonosítása. Jövőbeli kutatásokra van szükség e kultúrafüggetlen diagnosztikai stratégia terápiás előnyeinek igazolására és becslésére.

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

.