Kombinacija profilov ekspresije gostiteljskih genov in odkrivanja metagenomskega patogena iz nukleinske kisline v plazmi omogoča natančno diagnozo sepse

Kombinacija profilov ekspresije gostiteljskih genov in odkrivanja metagenomskega patogena iz nukleinske kisline v plazmi omogoča natančno diagnozo sepse

V nedavni študiji, objavljeni v Naravna mikrobiologija Raziskovalci so razvili integrirano metagenomiko gostitelj-mikrob-plazma za lažjo diagnozo sepse.

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

ozadje

Sepsa predstavlja 20 % vseh smrti po svetu in 20 do 50 % vseh smrti v bolnišnicah v ZDA. Začetno odkrivanje in prepoznavanje mikrobnih okužb je nujno za pravočasno in učinkovito antibiotično terapijo, ki je ključnega pomena za preživetje sepse. Vendar pa v več kot 30% primerov etiološki povzročitelji niso odkriti. Razlikovanje med sepso in neinfekcijskimi sistemskimi boleznimi je pomembno, ker so med hospitalizacijo pogosto klinično podobne.

O študiju

V tej študiji so raziskovalci razvili diagnostično orodje za sepso, ki združuje profiliranje transkripcije gostitelja s celovito identifikacijo patogena.

V dveh bolnišnicah za terciarno oskrbo je skupina izvedla prospektivno opazovalno študijo kritično bolnih odraslih bolnikov, ki so bili sprejeti z urgentnega oddelka (ED) na enoto za intenzivno nego (ICU). Bolnike smo glede na prisotnost ali odsotnost sepse razdelili v pet podskupin. Ti bolniki so vključevali tiste, ki so: (1) imeli klinično potrjeno sepso in potrjeno bakterijsko okužbo krvnega obtoka (SepsisBSI); (2) klinično potrjena sepsa in potrjena zunajkrvna okužba (sepsa brez BSI); (3) sum na sepso, za katerega so značilni negativni klinični mikrobiološki testi (sum na sepso); (4) bolniki brez znakov sepse in razlage za njihovo kritično bolezen (brez sepse); ali (5) bolniki z nedoločenim statusom (Indeterm).

Z izvajanjem sekvenciranja ribonukleinske kisline (RNA) na vzorcih polne krvi je skupina najprej pregledala transkripcijske variacije med bolniki s klinično in mikrobiološko dokazano sepso in tistimi brez simptomov okužbe. Tehnika, imenovana Gene Set Enrichment Analysis (GSEA), zazna skupine genov v nizu podatkov s povezanimi biološkimi funkcijami.

Študija diferencialne genske ekspresije (DE) v skupinah SepsisBSI in Sepsisnon-BSI je bila izvedena, da bi ugotovili nadaljnje razlike med bolniki s sepso z okužbami v krvnem obtoku in na perifernih mestih. Skupina je razvila univerzalni diagnostični klasifikator sepse, ki temelji na vzorcih izražanja genov v polni krvi kot odgovor na praktično zahtevo po diagnosticiranju sepse pri bolnikih s sepso BSI in sepso brez BSI. Ekipa je uporabila učno strategijo Bagged Support Vector Machine (bSVM) za izbiro genov, ki najbolj uspešno razlikujejo bolnike s sepso (SepsisBSI in Sepsisnon-BSI) od bolnikov brez sepse (No-Sepsis).

Po sekvenciranju RNA iz pridobljenih bolnikov, katerih vzorci plazme so bili na voljo, je bila določena mediana 2,3 × 107 odčitkov. Poleg tega je bila izvedena analiza DE, da bi ugotovili, ali je mogoče uporabiti biološko verjeten signal za razlikovanje bolnikov s sepso in brez nje.

Rezultati

Poslabšanje srčnega popuščanja, preveliko odmerjanje/zastrupitev, srčni zastoj in pljučna embolija so bila najpogosteje diagnosticirana stanja v skupini brez sepse. Ne glede na podskupino je večina bolnikov potrebovala vazopresorsko podporo in mehansko ventilacijo. Bolniki v SepsisBSI in Sepsisnon-BSI, ki so imeli dokazano sepso, niso pokazali nobene razlike od bolnikov brez sepse glede starosti, spola, rase, etnične pripadnosti, ocene APACHE III, imunske pomanjkljivosti, statusa intubacije, najvišjega števila belih krvnih celic ali 28-dnevne smrtnosti. V skupini bolnikov brez sepse so imeli vsi razen enega bolnika dva ali več kriterijev sindroma sistemskega vnetnega odziva (SIRS).

Študija je odkrila tudi znižanje regulacije signalnih poti, povezanih z obdelavo in prevajanjem ribosomske RNA, kot tudi uravnavanje genov, vključenih v prirojeno imunsko signalizacijo in degranulacijo nevtrofilcev pri bolnikih s sepso. Z analizo DE je ekipa našla 5.227 genov. Kohorta sepse brez BSI je pokazala obogatitev genov, povezanih z defenzini, protimikrobnimi peptidi in signalizacijo G-alfa ter drugimi signalnimi potmi. Po drugi strani pa je kohorta SepsisBSI pokazala obogatitev genov, med drugim povezanih z imunoregulacijskimi interakcijami med ne-limfoidnimi in limfoidnimi celicami ter signalizacijo CD28.

Model bSVM je pokazal povprečno območje navzkrižne validacije pod krivuljo (AUC) značilnosti delovanja sprejemnika (ROC) 0,81. Vzorci s številom prepisov pod pragom kontrole kakovosti (QC) so imeli nižjo srednjo vhodno maso kot vzorci z zadostnim številom.

Zanimivo je, da so bili številni različno izraženi geni identificirani kot biomarkerji sepse, vključno z zvišanim CD177, potlačenim izotipom humanega levkocitnega antigena-DR (HLA-DRA), kar kaže na biološko pomemben podpis transkriptoma iz plazemske RNA. V skupini s sepso brez BSI je metagenomsko sekvenciranje naslednje generacije (mNGS) plazemske deoksiribonukleinske kisline (DNA) razkrilo tri od osmih povzročiteljev bakterijskih okužb sečil (UTI) in dva od 25 povzročiteljev bakterijskih okužb spodnjih dihal (LRTI). Nobeden od treh bolnikov s hudim kolitisom, ki ga povzroča C. difficile, ni imel tega povzročitelja. Pri osmih od 73 bolnikov s potrjeno sepso so našli dodatne potencialne bakterijske patogene, ki jih kultura ni identificirala.

Diploma

Na splošno so rezultati študije pokazali, da je zanesljiva diagnoza sepse olajšana s kombinacijo profiliranja izražanja gostiteljskega gena z identifikacijo metagenomskih patogenov iz nukleinske kisline v plazmi. Za preverjanje in oceno terapevtske koristi te od kulture neodvisne diagnostične strategije so potrebne prihodnje raziskave.

Referenca:

• 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

.