Combinația dintre profilele de expresie a genei gazdă și detectarea patogenului metagenomic din acidul nucleic plasmatic permite diagnosticarea precisă a sepsisului

Combinația dintre profilele de expresie a genei gazdă și detectarea patogenului metagenomic din acidul nucleic plasmatic permite diagnosticarea precisă a sepsisului

Într-un studiu recent publicat în Microbiologie naturală Cercetatorii au dezvoltat metagenomica gazda-microb-plasma integrata pentru a facilita diagnosticul de sepsis.

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

fundal

Sepsisul reprezintă 20% din toate decesele la nivel mondial și 20 până la 50% din toate decesele spitalelor din Statele Unite. Detectarea și identificarea inițială a infecțiilor microbiene este necesară pentru o terapie cu antibiotice în timp util și eficientă, care este crucială pentru supraviețuirea după sepsis. Cu toate acestea, în mai mult de 30% din cazuri, nu sunt detectați agenți patogeni etiologici. Este importantă distincția între sepsis și bolile sistemice neinfecțioase, deoarece acestea apar adesea similare clinic în timpul spitalizării.

Despre studiu

În studiul de față, cercetătorii au dezvoltat un instrument de diagnosticare a sepsisului care combină profilarea transcripțională a gazdei cu identificarea cuprinzătoare a agenților patogeni.

În două spitale de îngrijire terțiară, echipa a efectuat un studiu observațional prospectiv al pacienților adulți în stare critică internați de la departamentul de urgență (UR) la unitatea de terapie intensivă (ICU). Pacienții au fost împărțiți în cinci subgrupuri pe baza prezenței sau absenței sepsisului. Acești pacienți au inclus cei care: (1) au avut sepsis confirmat clinic, precum și infecție bacteriană confirmată a fluxului sanguin (SepsisBSI); (2) sepsis confirmat clinic și infecție non-sanguină confirmată (sepsis non-BSI); (3) suspect de sepsis, caracterizat prin teste microbiologice clinice negative (suspect de sepsis); (4) pacienți fără dovezi de sepsis și o explicație pentru boala lor critică (fără sepsis); sau (5) pacienți cu un statut nedeterminat (Indeterm).

Efectuând secvențierea acidului ribonucleic (ARN) pe probe de sânge integral, echipa a examinat mai întâi variațiile transcripționale între pacienții cu sepsis dovedit clinic și microbiologic și cei fără simptome de infecție. O tehnică numită Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) detectează grupuri de gene într-un set de date cu funcții biologice asociate.

A fost efectuat un studiu de expresie genică diferențială (DE) în grupurile SepsisBSI și Sepsisnon-BSI pentru a identifica diferențe suplimentare între pacienții cu sepsis cu infecții în fluxul sanguin și locurile periferice. Echipa a dezvoltat un clasificator universal de diagnosticare a sepsisului bazat pe modelele de expresie a genelor în sângele integral, ca răspuns la cerința practică de a diagnostica sepsisul atât la pacienții cu sepsisBSI, cât și la pacienții non-BSI cu sepsis. Echipa a folosit o strategie de învățare Bagged Support Vector Machine (bSVM) pentru a selecta genele care au distins cel mai bine pacienții cu sepsis (SepsisBSI și Sepsisnon-BSI) de pacienții fără sepsis (No-Sepsis).

După secvențierea ARN de la pacienții obținuți ale căror probe de plasmă erau disponibile, a fost determinată o medie de 2,3 × 107 citiri. În plus, analiza DE a fost efectuată pentru a determina dacă un semnal biologic plauzibil ar putea fi utilizat pentru a distinge pacienții cu și fără sepsis.

Rezultate

Exacerbarea insuficienței cardiace, supradozajul/otrăvirea, stopul cardiac și embolia pulmonară au fost cele mai frecvent diagnosticate afecțiuni în grupul fără sepsis. Indiferent de subgrup, majoritatea pacienților au avut nevoie de suport vasopresor și ventilație mecanică. Pacienții cu SepsisBSI și Sepsisnon-BSI care au dovedit sepsis nu au prezentat nicio diferență față de pacienții fără sepsis în ceea ce privește vârsta, sexul, rasa, etnia, scorul APACHE III, imunodeficiența, starea de intubare, numărul maxim de globule albe sau mortalitatea la 28 de zile. În grupul de pacienți fără sepsis, toți pacienții, cu excepția unuia, au avut două sau mai multe criterii pentru sindromul de răspuns inflamator sistemic (SIRS).

Studiul a constatat, de asemenea, reglarea în jos a căilor de semnalizare asociate cu procesarea și traducerea ARN-ului ribozomal, precum și reglarea în sus a genelor implicate în semnalizarea imună înnăscută și degranularea neutrofilelor la pacienții cu sepsis. Folosind analiza DE, echipa a găsit 5.227 de gene. Cohorta non-BSI cu sepsis a arătat îmbogățirea genelor asociate cu defensine, peptide antimicrobiene și semnalizare G-alfa, precum și alte căi de semnalizare. Pe de altă parte, cohorta SepsisBSI a arătat o îmbogățire a genelor asociate, printre altele, cu interacțiuni imunoreglatoare între celulele non-limfoide și limfoide și semnalizarea CD28.

Modelul bSVM a arătat o zonă medie de validare încrucișată sub curba caracteristicii de funcționare a receptorului (ROC) (AUC) de 0,81. Probele cu număr de transcriere sub pragul de control al calității (QC) au avut o masă medie de intrare mai mică decât probele cu număr suficient.

Interesant, un număr de gene exprimate diferențial au fost identificate ca biomarkeri de sepsis, inclusiv CD177 crescut, izotipul DRA antigen leucocitar uman suprimat (HLA-DRA), indicând o semnătură transcriptom semnificativă biologic din ARN-ul plasmatic. În grupul cu sepsis non-BSI, secvențierea metagenomică de generație următoare (mNGS) a acidului dezoxiribonucleic (ADN) în plasmă a evidențiat trei din cei opt agenți patogeni ai infecțiilor bacteriene ale tractului urinar (ITU) și doi din 25 de agenți patogeni ai infecțiilor bacteriene ale tractului respirator inferior (LRTI). Niciunul dintre cei trei pacienti cu colita severa cauzata de C. difficile nu a avut acest agent patogen. Alți agenți patogeni bacterieni potențiali neidentificați prin cultură au fost găsiți la opt din 73 de pacienți cu sepsis confirmat.

Diplomă

În general, rezultatele studiului au demonstrat că diagnosticarea fiabilă a sepsisului este facilitată prin combinarea profilului expresiei genei gazdă cu identificarea agenților patogeni metagenomici din acidul nucleic plasmatic. Sunt necesare cercetări viitoare pentru a verifica și estima beneficiul terapeutic al acestei strategii de diagnosticare independentă de cultură.

Referinţă:

• 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

.