Clinical Metagenomics of Infective Endocarditis (Meta-ENDO)

Baggrund og begrundelse Infektiv endocarditis (IE) er en infektion i hjerteklapper. IE involverer hovedsageligt bakterier, mere sjældent svampe. IE er en ualmindelig sygdom med en estimeret forekomst på 1-12 tilfælde pr. 100.000 indbyggere om året. Diagnostikken af ​​IE er afhængig af indsamlingen af ​​biologiske prøver (blodkulturer og per-operative prøver) og deres dyrkning i det bakteriologiske laboratorium, kaldet konventionelle metoder.

Denne proces, der er praktisk talt uændret siden Pasteurs tid i slutningen af ​​det 19. århundrede, har den ulempe, at den tillader den eneste påvisning af de bakterier, der kan dyrkes under de sædvanlige forhold i et laboratorium. Hvis de fleste patogene bakterier kan gøre det, kræver nogle bakterier, der kan være involveret i IE (f.eks. Coxiella sp., Bartonella sp., Tropheryma whipplei) meget specifikke betingelser for at formere sig. Derudover kan patientens forudgående indtagelse af antibiotika før prøvetagningen have en negativ indflydelse på dyrkningen af ​​prøverne. Diagnosen IE fremkaldes ved at overveje en række kliniske argumenter (feber, mikrobiologisk risikoadfærd (positiv blodkultur(er), serologi (for Coxiella burnettii), ekkografi (tilstedeværelse af en intra-kardial masse, byld, lækage og/eller desinsertion af en ventil), som alle er mindre og større kriterier til bestemmelse af sikkerheden for IE. Behandlingen af ​​IE er baseret på længerevarende antibiotika (4 til 6 uger i de fleste tilfælde) og klapkirurgi (ifølge præcise indikationer).

I omkring 10 % af tilfældene forbliver blodkulturerne dog negative. Disse er kendt som negativ kultur IE, hvilket kan skyldes antibiotika taget før prøvetagning, ikke-dyrkbare bakterier eller aseptiske fænomener. Den bredspektrede PCR, som består af amplifikation ved PCR og derefter sekventering af en fraktion af det 16S RNA-kodende gen, kan derefter anvendes. Den gør det muligt at identificere den sygdomsfremkaldende bakterie, men giver ikke information om eventuel resistens over for antibiotika.

Begrebet klinisk metagenomi Klinisk metagenomi defineres som anvendelsen af ​​high-throughput sekventering (NGS) efterfulgt af en specifik bioinformatikanalyse for at opnå klinisk information, dvs. patogenidentifikation og forudsigelse af deres modtagelighed over for antimikrobielle stoffer. Metagenomet af en prøve (dvs. alle de tilstedeværende organismers genomer) indeholder praktisk talt al den information, der er nødvendig for bakteriologisk diagnose: hvad er/er de patogene bakterier, og hvilke antibiotika de er/er modtagelige for. Konceptet med klinisk metagenomik har udviklet sig sideløbende med de nye DNA-sekventeringsteknologier, der blev introduceret i midten af ​​2000'erne og meget mere effektive med hensyn til gennemløb end sekventeringsmetoden beskrevet af Sanger. Selvom dette koncept er attraktivt, er der stadig mange hindringer for dets implementering. For det første indeholder kliniske prøver fra bakterielle infektioner normalt en høj koncentration af leukocytter, hvis genom er omkring 1000 gange større end bakteriers. Det første begrænsende trin for klinisk metagenomi er således behovet for at opnå tilstrækkelig bakteriel DNA til at tillade fremstilling af kvalitetsbiblioteker til sekventering, men også for at reducere koncentrationen af ​​humant DNA, hvis sekventering er unødvendig i denne sammenhæng. Metoder er tilgængelige, men deres evaluering til kliniske metagenomiske formål er nødvendig. For det andet kræver kompleksiteten af ​​de bioinformatikdata, der skal administreres af en mikrobiolog, at data udnyttes så automatiseret som muligt sammen med en brugervenlig grænseflade, hvilket ikke er tilfældet i dag, selvom der udvikles online platforme. Den taksonomiske tildeling af sekvenser, deres samling, identifikation af gener og kromosomale mutationer forbundet med antibiotikaresistens og etablering af en forbindelse mellem resistensdeterminanten og værtsbakterien er yderligere hindringer for implementeringen af ​​klinisk metagenomik. Endelig, hvis den tid, det tager at opnå resultater, der kan udnyttes af mikrobiologen, har tendens til at falde, er den nu sammenlignelig med kulturens, til en meget højere pris. Dog bør vedvarende konkurrence mellem sequencer-producenter opretholde deres tilbagegang, som det har været tilfældet i det sidste årti.

Relevans af brugen af ​​klinisk metagenomi i IE

Brugen af ​​klinisk metagenomik i forbindelse med IE synes derfor relevant af flere grunde:

• De fleste IE er monomikrobielle, hvilket understøtter den gode ydeevne af klinisk metagenomi ifølge vores foreløbige resultater.
• Kulturen af ​​intraoperative prøver udført i en IE-sammenhæng er nogle gange negativ på grund af antibiotisk forbehandling og/eller ikke-dyrkning under patogenets rutineforhold (f.eks. Bartonella spp eller Coxiella spp.), hvilket giver plads til forbedringer.
• Behandlingen af ​​IE er en langtidsbehandling, der kræver præcis diagnose i overensstemmelse med patogeners modtagelighed for antibiotika. Hvis patogenet ikke findes i kultur, bør bredspektrede antibiotika administreres til patienten med dobbelt risiko for behandlingssvigt og toksicitet. Imidlertid kunne klinisk metagenomi give information om antibiotikafølsomhed selv i tilfælde af en negativ kultur.
• I de fleste tilfælde er den mikrobiologiske diagnose af IE ikke en nøddiagnose, som er kompatibel med brugen af ​​klinisk metagenomik, hvor implementeringstidspunktet i bedste fald er 48-72 timer.

Derfor foreslår vi at vurdere ydeevnen af ​​klinisk metagenomi i diagnostikken af ​​IE.