Saimnieka gēna ekspresijas profilu kombinācija un metagenomiskā patogēna noteikšana no plazmas nukleīnskābes nodrošina precīzu sepses diagnostiku

Saimnieka gēna ekspresijas profilu kombinācija un metagenomiskā patogēna noteikšana no plazmas nukleīnskābes nodrošina precīzu sepses diagnostiku

Nesenā pētījumā, kas publicēts Dabiskā mikrobioloģija Pētnieki izstrādāja integrētu saimnieka-mikrobu-plazmas metagenomiku, lai atvieglotu sepses diagnostiku.

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

fons

Sepse izraisa 20% no visiem nāves gadījumiem visā pasaulē un 20 līdz 50% no visiem nāves gadījumiem slimnīcās Amerikas Savienotajās Valstīs. Sākotnējā mikrobu infekciju atklāšana un identificēšana ir nepieciešama savlaicīgai un efektīvai antibiotiku terapijai, kas ir ļoti svarīga izdzīvošanai no sepses. Tomēr vairāk nekā 30% gadījumu etioloģiskie patogēni netiek atklāti. Ir svarīgi atšķirt sepsi no neinfekciozām sistēmiskām slimībām, jo ​​hospitalizācijas laikā tās bieži šķiet klīniski līdzīgas.

Par pētījumu

Šajā pētījumā pētnieki izstrādāja sepses diagnostikas rīku, kas apvieno saimnieka transkripcijas profilēšanu ar visaptverošu patogēnu identifikāciju.

Divās terciārās aprūpes slimnīcās komanda veica perspektīvu novērošanas pētījumu par kritiski slimiem pieaugušiem pacientiem, kuri tika uzņemti no neatliekamās palīdzības nodaļas (ED) uz intensīvās terapijas nodaļu (ICU). Pacienti tika sadalīti piecās apakšgrupās, pamatojoties uz sepses esamību vai neesamību. Šie pacienti bija tie, kuriem: (1) bija klīniski apstiprināta sepse, kā arī apstiprināta bakteriāla asinsrites infekcija (SepsisBSI); (2) klīniski apstiprināta sepse un apstiprināta ne-asinsrites infekcija (sepse, kas nav BSI); 3) aizdomas par sepsi, kam raksturīgi negatīvi klīniskie mikrobioloģiskie testi (aizdomas par sepsi); 4) pacienti bez sepses pazīmēm un viņu kritiskās slimības skaidrojuma (bez sepses); vai (5) pacienti ar nenoteiktu statusu (Indeterm).

Veicot ribonukleīnskābes (RNS) sekvencēšanu pilnu asins paraugos, komanda vispirms pārbaudīja transkripcijas atšķirības starp pacientiem ar klīniski un mikrobioloģiski pierādītu sepsi un pacientiem bez infekcijas simptomiem. Paņēmiens, ko sauc par gēnu kopas bagātināšanas analīzi (GSEA), nosaka gēnu kopas datu kopā ar saistītām bioloģiskām funkcijām.

Tika veikts diferenciālās gēnu ekspresijas (DE) pētījums SepsisBSI un Sepsisnon-BSI grupās, lai noteiktu turpmākas atšķirības starp sepses pacientiem ar infekcijām asinsritē un perifērās vietās. Komanda izstrādāja universālu sepses diagnostikas klasifikatoru, pamatojoties uz gēnu ekspresijas modeļiem pilnās asinīs, reaģējot uz praktisko prasību diagnosticēt sepsi gan sepses BSI, gan sepses pacientiem, kas nav BSI. Komanda izmantoja Bagged Support Vector Machine (bSVM) mācīšanās stratēģiju, lai atlasītu gēnus, kas visveiksmīgāk atšķir pacientus ar sepsi (SepsisBSI un Sepsisnon-BSI) no pacientiem bez sepses (No-Sepsis).

Pēc RNS sekvencēšanas no iegūtajiem pacientiem, kuru plazmas paraugi bija pieejami, tika noteikta vidējā 2, 3 × 107 rādījumu vērtība. Turklāt tika veikta DE analīze, lai noteiktu, vai bioloģiski ticamu signālu var izmantot, lai atšķirtu pacientus ar sepsi un bez tās.

Rezultāti

Sirds mazspējas paasinājums, pārdozēšana/saindēšanās, sirds apstāšanās un plaušu embolija bija visbiežāk diagnosticētie stāvokļi bezsepses grupā. Neatkarīgi no apakšgrupas lielākajai daļai pacientu bija nepieciešams vazopresora atbalsts un mehāniskā ventilācija. Pacienti ar SepsisBSI un Sepsisnon-BSI, kuriem bija pierādīta sepse, neatšķīrās no pacientiem bez sepses vecuma, dzimuma, rases, etniskās piederības, APACHE III punktu skaita, imūndeficīta, intubācijas stāvokļa, maksimālā balto asinsķermenīšu skaita vai 28 dienu mirstības ziņā. Pacientu grupā bez sepses visiem pacientiem, izņemot vienu, bija divi vai vairāki sistēmiskas iekaisuma reakcijas sindroma (SIRS) kritēriji.

Pētījumā tika konstatēts arī signalizācijas ceļu pazemināšanās, kas saistīti ar ribosomu RNS apstrādi un translāciju, kā arī gēnu, kas iesaistīti iedzimtajā imūnsignalizēšanā un neitrofilu degranulācijā, regulēšana sepses pacientiem. Izmantojot DE analīzi, komanda atrada 5227 gēnus. Sepses kohorta, kas nav BSI, parādīja gēnu bagātināšanos, kas saistīti ar defensīniem, pretmikrobu peptīdiem un G-alfa signalizāciju, kā arī citiem signalizācijas ceļiem. No otras puses, SepsisBSI kohorta parādīja gēnu bagātināšanos, kas cita starpā bija saistīta ar imūnregulācijas mijiedarbību starp ne-limfīdām un limfoīdām šūnām un CD28 signalizāciju.

BSVM modelis uzrādīja vidējo savstarpējās validācijas apgabalu zem uztvērēja darbības raksturlīknes (ROC) līknes (AUC) 0,81. Paraugiem ar transkriptu skaitu zem kvalitātes kontroles (QC) sliekšņa bija mazāka vidējā ievades masa nekā paraugiem ar pietiekamu skaitu.

Interesanti, ka vairāki atšķirīgi ekspresēti gēni ir identificēti kā sepses biomarķieri, tostarp paaugstināts CD177, nomākts cilvēka leikocītu antigēna-DR izotips (HLA-DRA), kas norāda uz bioloģiski nozīmīgu transkripta parakstu no plazmas RNS. Sepses grupā, kas nav BSI, plazmas dezoksiribonukleīnskābes (DNS) metagenomiskā nākamās paaudzes sekvencēšana (mNGS) atklāja trīs no astoņiem bakteriālu urīnceļu infekciju (UTI) patogēniem un divus no 25 bakteriālo apakšējo elpceļu infekciju (LRTI) patogēniem. Nevienam no trim pacientiem ar smagu C. difficile izraisītu kolītu nebija šī patogēna. Astoņos no 73 pacientiem ar apstiprinātu sepsi tika atklāti papildu potenciālie baktēriju patogēni, kas nebija identificēti ar kultūru.

Diploms

Kopumā pētījuma rezultāti parādīja, ka uzticamu sepses diagnozi atvieglo, apvienojot saimniekgēna ekspresijas profilēšanu ar metagenomisko patogēnu identificēšanu no plazmas nukleīnskābes. Ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai pārbaudītu un novērtētu šīs no kultūras neatkarīgās diagnostikas stratēģijas terapeitisko ieguvumu.

Atsauce:

• 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

.