nSeP: Detekce neonatální sepse analýzou imuno-metabolické sítě (nSeP)

Několik studií ukázalo, že změny v expresi hostitelského genu mohou nastat presymptomaticky v reakci na infekci v jakékoli části těla, přičemž kontinuální interakce mezi krví a tkání umožňuje krevním buňkám působit jako biosenzory změn (Manger a Relman, 2000). Liew a kol., 2006). Analýza celého genomu odhaluje koordinační expresi, která rozvíjí sítě kauzálně propojené prostřednictvím cest.

Dřívější studie naší skupiny zkoumající optimální metody pro odběr vzorků a extrakci neonatálních úplných transkripčních produktů (RNA) prokázaly první studie proveditelnosti pro použití analýzy RNA v celém genomu jako metodického přístupu k identifikaci hostitelských biomarkerů infekce a vakcinace v raném věku (Smith et al., 2007, Flanagan et al., 2013). Metody odběru vzorků byly dále zpřesněny v roce 2015 s vývojem metodologie jediné kapky, která byla rozsáhle testována v široké škále prostředí, včetně odběru novorozeneckých vzorků v domácnosti, v bodě Guthrieho testování porodními asistentkami. Podrobnosti o těchto metodách byly nedávno předloženy časopisu Nature Protocols. Dále jsme provedli rané virtuální klinické studie pomocí superpočítačového rámce, který simuloval několik 100 000 novorozeneckých vzorků plné krve pro predikci infekce (Khondoker et al., 2010). Tyto výzkumy ukázaly požadavek na více markerů a ideálně v diskrétních biologických drahách podporujících kauzalitu (Khondoker et al., 2010, Watterson a Ghazal, 2010). Tato vyšetřování poskytla silný základ pro zahájení kontroly případu neonatální sepse (Dickinson et al., 2015). V souladu s tím jsme byli první skupinou, která publikovala studie zkoumající systémovou imunitní odpověď u novorozenců na sepsi měřením aktivity všech známých lidských genů (Smith et al. Nature comm. 2014). Tato výpočetně náročná vyšetřování vedla poprvé k odhalení biologie dráhy, která je základem neonatální sepse, pomocí krevních vzorků odebraných při prvních klinických příznacích podezření na infekci. Kombinace strojového učení, statistických a hloubkových biologických analýz vedla k identifikaci 52genového panelu biologicky propojených síťových modulů. Moduly zahrnují tři centrální dráhy, vrozenou-imunitní nebo zánětlivou, adaptivně-imunitní a neočekávaně metabolickou. Hladiny exprese konkrétních kombinací biomarkerů a konkrétně těch z dráhy, která dříve nebyla spojena s imunitními reakcemi, poskytuje neobvykle vysokou diagnostickou kvalitu. Navzdory heterogenitě pacientů měla síť duálních biomarkerů s 52 uzly větší než 99% přesnost pro detekci bakteriální infekce se 100% senzitivitou a vykazovala lepší výkon než dříve charakterizované markery. Kromě toho tyto specifické kombinace biomarkerů umožnily detekci neonatální sepse ve vzorcích, které vykazovaly negativní výsledky v krevní kultuře, což ilustruje specifické diagnostické výhody konkrétních kombinací biomarkerů. Neočekávaně vysoké hodnoty přesnosti a citlivosti nemohly být výsledkem samotného zkoumání žádného z jednotlivých biomarkerů a ani je nebylo možné předvídat. Kritickou součástí těchto zjištění je požadavek metabolických drah pro zvýšení senzitivity i specificity. Podskupina metabolických markerů zahrnuje ligandy (konkrétně mastné kyseliny s malým a středním řetězcem), které pocházejí z mikrobiálního metabolismu, zejména z komenzálů, a které se odrážejí ve fekálním mikrobiomu. K dnešnímu dni tyto studie poskytují důkaz koncepce, ale potřebují nezávislé potvrzující studie a také zkoumání specifičnosti proti nebakteriálním (virovým a plísňovým) infekcím a sterilním zánětům. Naléhavou nevyřešenou lékařskou otázkou je, zda lze prediktivní cesty infekce hostitele použít k první identifikaci, zda je pacient infikován při klinickém projevu nebo před ním, ak dalšímu rozlišení mezi typem infekce (zejména bakteriální nebo virovou) a předvídatelností sepse.