Kombinasjonen av vertsgenekspresjonsprofiler og metagenomisk patogendeteksjon fra plasmanukleinsyre muliggjør nøyaktig sepsisdiagnose

Kombinasjonen av vertsgenekspresjonsprofiler og metagenomisk patogendeteksjon fra plasmanukleinsyre muliggjør nøyaktig sepsisdiagnose

I en fersk studie publisert i Naturlig mikrobiologi Forskere utviklet integrert vert-mikrobe-plasma-metagenomikk for å lette diagnose av sepsis.

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

bakgrunn

Sepsis står for 20 % av alle dødsfall på verdensbasis og 20 til 50 % av alle sykehusdødsfall i USA. Innledende påvisning og identifisering av mikrobielle infeksjoner er nødvendig for rettidig og effektiv antibiotikabehandling, som er avgjørende for overlevelse fra sepsis. Men i mer enn 30 % av tilfellene oppdages ingen etiologiske patogener. Det er viktig å skille mellom sepsis og ikke-smittsomme systemiske sykdommer fordi de ofte virker klinisk like under sykehusinnleggelse.

Om studiet

I denne studien utviklet forskere et sepsis-diagnostisk verktøy som kombinerer vertstranskripsjonell profilering med omfattende patogenidentifikasjon.

I to tertiærsykehus gjennomførte teamet en prospektiv observasjonsstudie av kritisk syke voksne pasienter innlagt fra akuttmottaket (ED) til intensivavdelingen (ICU). Pasientene ble delt inn i fem undergrupper basert på tilstedeværelse eller fravær av sepsis. Disse pasientene inkluderte de som: (1) hadde klinisk bekreftet sepsis så vel som bekreftet bakteriell blodstrøminfeksjon (SepsisBSI); (2) klinisk bekreftet sepsis og bekreftet ikke-blodstrømsinfeksjon (sepsis non-BSI); (3) mistenkt sepsis, karakterisert ved negative kliniske mikrobiologiske tester (mistanke om sepsis); (4) pasienter uten tegn på sepsis og en forklaring på deres kritiske sykdom (ingen sepsis); eller (5) pasienter med en ubestemt status (Indeterm).

Ved å utføre ribonukleinsyre (RNA) sekvensering på fullblodsprøver, undersøkte teamet først transkripsjonelle variasjoner mellom pasienter med klinisk og mikrobiologisk påvist sepsis og de uten symptomer på infeksjon. En teknikk kalt Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) oppdager klynger av gener i et datasett med relaterte biologiske funksjoner.

En differensiell genekspresjonsstudie (DE) i gruppene SepsisBSI og Sepsisnon-BSI ble utført for å identifisere ytterligere forskjeller mellom sepsispasienter med infeksjoner i blodet og perifere steder. Teamet utviklet en universell sepsis-diagnostisk klassifikator basert på genekspresjonsmønstre i fullblod som svar på det praktiske kravet om å diagnostisere sepsis hos både sepsisBSI og ikke-BSI-pasienter. Teamet brukte en Bagged Support Vector Machine (bSVM) læringsstrategi for å velge genene som mest vellykket skilte pasienter med sepsis (SepsisBSI og Sepsisnon-BSI) fra pasienter uten sepsis (No-Sepsis).

Etter sekvensering av RNA fra oppnådde pasienter hvis plasmaprøver var tilgjengelige, ble en median på 2,3 × 107 avlesninger bestemt. I tillegg ble det utført DE-analyse for å bestemme om et biologisk plausibelt signal kunne brukes for å skille pasienter med og uten sepsis.

Resultater

Forverring av hjertesvikt, overdose/forgiftning, hjertestans og lungeemboli var de hyppigst diagnostiserte tilstandene i gruppen uten sepsis. Uavhengig av undergruppe trengte de fleste pasienter vasopressorstøtte og mekanisk ventilasjon. Pasienter i SepsisBSI og Sepsisnon-BSI som hadde påvist sepsis, viste ingen forskjell fra pasienter uten sepsis i alder, kjønn, rase, etnisitet, APACHE III-score, immunsvikt, intubasjonsstatus, maksimalt antall hvite blodlegemer eller 28-dagers dødelighet. I gruppen av pasienter uten sepsis hadde alle unntatt én pasient to eller flere kriterier for systemisk inflammatorisk responssyndrom (SIRS).

Studien fant også nedregulering av signalveier assosiert med ribosomal RNA-behandling og translasjon, samt oppregulering av gener involvert i medfødt immunsignalering og nøytrofildegranulering hos sepsispasienter. Ved hjelp av DE-analyse fant teamet 5227 gener. Sepsis-ikke-BSI-kohorten viste berikelse av gener assosiert med defensiner, antimikrobielle peptider og G-alfa-signalering, så vel som andre signalveier. På den annen side viste SepsisBSI-kohorten en berikelse av gener assosiert med blant annet immunregulerende interaksjoner mellom ikke-lymfoide og lymfoide celler og CD28-signalering.

bSVM-modellen viste et gjennomsnittlig kryssvalideringsområde under mottakerdriftskarakteristikken (ROC) kurven (AUC) på 0,81. Prøver med transkripsjonstall under kvalitetskontrollterskelen (QC) hadde en lavere gjennomsnittlig inputmasse enn prøver med tilstrekkelig antall.

Interessant nok har en rekke differensielt uttrykte gener blitt identifisert som sepsis-biomarkører, inkludert forhøyet CD177, undertrykt human leukocytt-antigen-DR-isotype (HLA-DRA), som indikerer en biologisk signifikant transkriptomsignatur fra plasma-RNA. I sepsis ikke-BSI-gruppen avslørte metagenomisk neste generasjons sekvensering (mNGS) av plasma deoksyribonukleinsyre (DNA) tre av åtte patogener av bakterielle urinveisinfeksjoner (UTI) og to av 25 patogener av bakterielle nedre luftveisinfeksjoner (LRTI). Ingen av de tre pasientene med alvorlig kolitt forårsaket av C. difficile hadde dette patogenet. Ytterligere potensielle bakteriepatogener som ikke ble identifisert av kultur ble funnet hos åtte av 73 pasienter med bekreftet sepsis.

Diplom

Samlet sett viste studieresultater at pålitelig sepsisdiagnose forenkles ved å kombinere vertsgenekspresjonsprofilering med identifikasjon av metagenomiske patogener fra plasmanukleinsyre. Fremtidig forskning er nødvendig for å verifisere og estimere den terapeutiske fordelen av denne kulturuavhengige diagnostiske strategien.

Referanse:

• 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

.