A combinação de perfis de expressão gênica do hospedeiro e detecção de patógenos metagenômicos a partir do ácido nucleico plasmático permite um diagnóstico preciso de sepse

A combinação de perfis de expressão gênica do hospedeiro e detecção de patógenos metagenômicos a partir do ácido nucleico plasmático permite um diagnóstico preciso de sepse

Num estudo recente publicado em Microbiologia natural Os pesquisadores desenvolveram metagenômica integrada do hospedeiro-micróbio-plasma para facilitar o diagnóstico de sepse.

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

fundo

A sepse é responsável por 20% de todas as mortes em todo o mundo e por 20 a 50% de todas as mortes hospitalares nos Estados Unidos. A detecção e identificação inicial de infecções microbianas são necessárias para uma terapia antibiótica oportuna e eficaz, que é crucial para a sobrevivência à sepse. No entanto, em mais de 30% dos casos, nenhum patógeno etiológico é detectado. A distinção entre sepse e doenças sistêmicas não infecciosas é importante porque muitas vezes elas parecem clinicamente semelhantes durante a hospitalização.

Sobre o estudo

No presente estudo, os pesquisadores desenvolveram uma ferramenta de diagnóstico de sepse que combina o perfil transcricional do hospedeiro com a identificação abrangente de patógenos.

Em dois hospitais terciários, a equipe conduziu um estudo observacional prospectivo de pacientes adultos gravemente enfermos admitidos do pronto-socorro (DE) para a unidade de terapia intensiva (UTI). Os pacientes foram divididos em cinco subgrupos com base na presença ou ausência de sepse. Esses pacientes incluíam aqueles que: (1) tinham sepse clinicamente confirmada, bem como infecção bacteriana da corrente sanguínea confirmada (SepsisBSI); (2) sepse clinicamente confirmada e infecção não sanguínea confirmada (sepse não BSI); (3) suspeita de sepse, caracterizada por exames microbiológicos clínicos negativos (suspeita de sepse); (4) pacientes sem evidência de sepse e sem explicação para sua doença crítica (sem sepse); ou (5) pacientes com status indeterminado (Indeterm).

Ao realizar o sequenciamento do ácido ribonucleico (RNA) em amostras de sangue total, a equipe examinou primeiro as variações transcricionais entre pacientes com sepse clinicamente e microbiologicamente comprovada e aqueles sem sintomas de infecção. Uma técnica chamada Análise de Enriquecimento de Conjunto de Genes (GSEA) detecta agrupamentos de genes dentro de um conjunto de dados com funções biológicas relacionadas.

Um estudo de expressão gênica diferencial (DE) nos grupos SepsisBSI e Sepsisnon-BSI foi conduzido para identificar diferenças adicionais entre pacientes com sepse com infecções na corrente sanguínea e em locais periféricos. A equipe desenvolveu um classificador universal de diagnóstico de sepse baseado em padrões de expressão gênica no sangue total em resposta à necessidade prática de diagnosticar sepse em pacientes com sepse BSI e sepse não-BSI. A equipe usou uma estratégia de aprendizagem Bagged Support Vector Machine (bSVM) para selecionar os genes que distinguiram com maior sucesso pacientes com sepse (SepsisBSI e Sepsisnon-BSI) de pacientes sem sepse (No-Sepsis).

Após sequenciamento do RNA de pacientes obtidos cujas amostras de plasma estavam disponíveis, foi determinada uma mediana de 2,3 × 107 leituras. Além disso, a análise DE foi realizada para determinar se um sinal biologicamente plausível poderia ser usado para distinguir pacientes com e sem sepse.

Resultados

Exacerbação de insuficiência cardíaca, overdose/envenenamento, parada cardíaca e embolia pulmonar foram as condições mais comumente diagnosticadas no grupo sem sepse. Independentemente do subgrupo, a maioria dos pacientes necessitou de suporte vasopressor e ventilação mecânica. Os pacientes do SepsisBSI e Sepsisnon-BSI que tiveram sepse comprovada não apresentaram diferença em relação aos pacientes sem sepse em idade, sexo, raça, etnia, pontuação APACHE III, imunodeficiência, status de intubação, pico de contagem de leucócitos ou mortalidade em 28 dias. No grupo de pacientes sem sepse, todos, exceto um paciente, apresentavam dois ou mais critérios de síndrome de resposta inflamatória sistêmica (SIRS).

O estudo também encontrou regulação negativa das vias de sinalização associadas ao processamento e tradução do RNA ribossômico, bem como regulação positiva de genes envolvidos na sinalização imune inata e na desgranulação de neutrófilos em pacientes com sepse. Usando a análise DE, a equipe encontrou 5.227 genes. A coorte de sepse não-BSI mostrou enriquecimento de genes associados a defensinas, peptídeos antimicrobianos e sinalização G-alfa, bem como outras vias de sinalização. Por outro lado, a coorte SepsisBSI mostrou um enriquecimento de genes associados, entre outras coisas, a interações imunorreguladoras entre células não linfóides e linfóides e à sinalização CD28.

O modelo bSVM apresentou uma área média de validação cruzada sob a curva ROC (Receiver Operating Characteristic) (AUC) de 0,81. Amostras com contagens de transcritos abaixo do limite de controle de qualidade (QC) tiveram uma massa média de entrada mais baixa do que amostras com contagens suficientes.

Curiosamente, vários genes expressos diferencialmente foram identificados como biomarcadores de sepse, incluindo CD177 elevado, isotipo DR de antígeno leucocitário humano suprimido (HLA-DRA), indicando uma assinatura de transcriptoma biologicamente significativa do RNA plasmático. No grupo de sepse não-BSI, o sequenciamento metagenômico de próxima geração (mNGS) do ácido desoxirribonucléico (DNA) plasmático revelou três dos oito patógenos de infecções bacterianas do trato urinário (ITU) e dois dos 25 patógenos de infecções bacterianas do trato respiratório inferior (ITRI). Nenhum dos três pacientes com colite grave causada por C. difficile apresentava esse patógeno. Potenciais patógenos bacterianos adicionais não identificados pela cultura foram encontrados em oito dos 73 pacientes com sepse confirmada.

Diploma

No geral, os resultados do estudo demonstraram que o diagnóstico confiável da sepse é facilitado pela combinação do perfil de expressão gênica do hospedeiro com a identificação de patógenos metagenômicos a partir do ácido nucleico plasmático. Pesquisas futuras são necessárias para verificar e estimar o benefício terapêutico desta estratégia diagnóstica independente de cultura.

Referência:

• 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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