Metagenomisk undersøgelse i parapneumonisk effusion

Parapneumonisk effusion (PPE) er et almindeligt og alvorligt klinisk problem. Blandt patienter, der lider af samfundserhvervet lungebetændelse, ville op til 57 % af dem udvikle parapneumonisk effusion (PPE), og 7,2 % ville udvikle kompliceret parapneumonisk effusion (CPPE) og empyem. De to sidstnævnte, samlet kendt som pleurainfektion, er forbundet med lange hospitalsophold, høje indlæggelsesrater på intensivafdelinger, alvorlig morbiditet og dødelighed.

Hjørnestenen i behandlingen af ​​pleural infektion er rettidig administration af passende antibiotika og tilstrækkelig dræning af pleuravæske. Det indledende valg af antibiotika er dog næsten altid empirisk og kan kun justeres ved tilbagevenden af ​​positive mikrobiologiske resultater fra pleuravæsken eller relevante prøver. Faktisk har den utilstrækkelige forståelse af lokal bakteriologi, lægemiddelresistensmønster og manglen på lokal vejledning om empirisk antibiotikadækning for pleurainfektion ført til heterogen ordinationsadfærd af antibiotika, hvilket er en væsentlig risikofaktor for fremkomsten af ​​lægemiddelresistens (f. forekomst af methicillin-resistente Staphylococcus aureus), komplikationer af antibiotikabehandlinger (f.eks. Clostridium difficile-infektioner) og ugunstige patientforløb.

Konventionel kultur af pleural effusion er blevet betragtet som en væsentlig del af behandlingsalgoritmen, men den har to kritiske ulemper, der kan begrænse den kliniske pleje:

1. Lang behandlingstid Selvom Gram-farvningsresultaterne normalt kan være tilgængelige inden for én dag, vender de endelige dyrkningsresultater og antimikrobielt følsomhedsmønster først tilbage efter op til fem dage. I tilfælde af at pleurainfektionen ikke er under kontrol, mens de venter på dyrkningsresultaterne, vil læger blindt eskalere dækningen af ​​antibiotika eller fortsætte til yderligere pleurainterventioner, som kan undgås, hvis de mikrobiologiske resultater kan være tilgængelige tidligt. Den forsinkede tilbagevenden af ​​lægemiddelfølsomhedsmønsteret kan føre til den første brug af uoverensstemmende antibiotika, hvilket skete hos 17 til 24 % af patienterne i to lokale kohorter
2. Negativ pleuravæskekultur er almindelig ved pleurainfektion Op til 40 % af pleuravæsken ved pleurainfektion kunne ikke afsløre nogen mikroorganisme ved konventionel dyrkning på grund af manglende dyrkning af kræsne organismer og antibiotikabehandling før prøvetagning af pleuravæske. Vores undersøgelsesgruppe har fundet ud af, at 88% af patienter med empyem modtog empirisk antibiotika før nogen pleural intervention, hvilket afspejlede praksis i den virkelige verden. Selvom inokulering af pleuravæske i en blodkulturflaske kan øge kulturudbyttet ved pleurainfektion med 20 %, er det stadig langt fra tilfredsstillende i klinisk praksis. Derudover er den mikrobiologiske oparbejdning af ikke-respiratoriske prøver ofte ikke informativ. Brugen af ​​antibiotika gennem hele behandlingsforløbet er således rent empirisk hos de patienter med kulturnegativ pleurainfektion. For at overvinde dette problem og den ofte polymikrobielle natur af infektionerne, er meget bredspektrede midler i øjeblikket anbefalet. Tværtimod har en mangel på bakteriekulturinformation med utilstrækkelig antibiotikadækning været forbundet med en øget dødelighed.

Ikke-kultur molekylære undersøgelser er blevet anvendt til at overvinde utilstrækkelighederne ved konventionel kultur i det sidste årti, for at karakterisere spektret af bakterier i pleurainfektion og antibiotikaresistensmønsteret inden for en kort periode og informere korrekte kliniske beslutninger. Multiplex PCR (polymerasekædereaktion) sekventering med et lungebetændelsespanel er i stand til at identificere bakterier, der almindeligvis er involveret i lungebetændelse. Ætiologien af ​​pleural infektion er imidlertid ikke fuldstændig en replikat af samfundserhvervet lungebetændelse og begrænser dermed dens anvendelighed. 16S ribosomal ribonukleinsyre (rRNA) gensekventering udkonkurrerer den konventionelle dyrkningsmetode ved at identificere flere bakterier, især anaerobe, i pleuravæsken. Det giver en høj-throughput og omkostningseffektiv løsning til at screene mikrobiotasamfundet for kliniske prøver med lav bakteriel biomasse og/eller høj værtsgenomisk kontaminering. Det har dog en begrænsning i at påvise mikrobiom på artsniveau og kan introducere PCR-biaser, der maskerer den sande samfundssammensætning. Dyrhovden R et al udførte den første metagenomiske sekventeringsanalyse i Norge for at forstå spektret af bakteriologi i bekræftet empyem. De identificerede 385 bakterielle påvisninger, hvorimod kultur påviste 38 (10%) og 16S rRNA-gen PCR/Sanger-baseret sekventering påviste 87 (23%) hos 64 patienter med empyem. Sådanne fund bekræftede ulempen ved den konventionelle dyrkningsmetode, og bredere dækning af antibiotika er påkrævet til behandling af pleurainfektion. Denne metagenomiske undersøgelse var imidlertid retrospektiv, dækkede kun patienter med empyem og afspejlede ikke hele spektret af pleurainfektion. Chen et al benyttede et metagenomisk sekventeringsstudie med funktionel analyse og identificerede to distinkte mikrobiomklynger i pleurainfektion, Staphylococcus aureus som kernearten (HA-SA type) og et mere forskelligartet mikrobielt samfund (LA-SA type), som er forskellig fra det sædvanlige bakteriologiske mønster fundet i Hong Kong undersøgelser. De identificerede også bakteriers resistom, herunder tetracyclin- og beta-lactamresistens, hvilket er vigtigt for at vejlede den passende antibiotikakur i den indledende behandlingsfase. Fortolkningen af ​​disse to undersøgelser var begrænset, fordi forfatterne ikke korrelerede de mikrobiologiske resultater med patientens kliniske resultater. For nylig bekræftede Kanellakis et al. den overvejende polymikrobielle natur af pleurainfektion ved 16S rRNA metagenomisk sekventeringsanalyse med et forskelligartet bakteriespektrum. De identificerede også et særskilt bakteriologisk spektrum i polymikrobielle og monomikrobielle tilfælde og korrelerede bakteriologien med kliniske resultater.

I betragtning af det faktum, at geografiske forskelle i bakteriologi af pleurainfektion kan eksistere, og tidligere undersøgelser ikke har oversat de moderne molekylære sekventeringsteknologier til at forfine den indledende antibiotikaanvendelse, er en lokal prospektiv undersøgelse, der forbinder laboratorie- og kliniske fund ved hjælp af bredere metagenomiske sekventeringsmetoder, ønsket. Vi antager, at 16S rRNA-genet amplikon og shotgun metagenomisk sekventering har en højere påvisningshastighed af bakterier i pleuravæsken og identifikation af antibiotikaresistensmønstre end konventionel kultur hos patienter med pleurainfektion. Resultaterne fra de to molekylære sekventeringsmetoder er komplementære og kan vejlede den indledende antibiotikabehandling, minimere fremkomsten af ​​lægemiddelresistens, korrelere det mikrobiologiske spektrum med de kliniske resultater og forberede en storstilet områdedækkende undersøgelse ved at inkorporere molekylær teknologi i behandling af pleurainfektion. Den korte behandlingstid gør også denne teknologi attraktiv for læger og gavner i sidste ende patienten ved at forbedre kvaliteten af ​​behandlingen. Da den diagnostiske ydeevne, tekniske krav og omkostninger ved de to molekylære sekventeringsmetoder er forskellige, vil denne undersøgelse give grundlæggende information og vejlede deres brug i kliniske omgivelser.

Patogenesen af ​​samfundserhvervet pleurainfektion er kontroversiel. Den konventionelle tro på transmigration af bakteriel gennem lungeparenkymet til pleurahulen blev udfordret af (1) forskellige spektrum af forårsagende patogener for lungebetændelse og pleurainfektion, (2) fraværet af radiologiske beviser for lungebetændelse, og (3) anaerobe er hyppigt findes i pleuralvæskekultur, men er ualmindelige i normalt lungeparenkym på grund af høj iltspænding. Derfor er forståelsen af ​​den ultimative kilde til patogener og forstå deres vej til at komme ind i pleurarummet et kritisk trin i forebyggelse og behandling af pleurainfektion. I øjeblikket er der meget begrænset evidens, der forbinder mikrobiotaen i pleuralvæsken til pleural infektion og dem i mundhulen og mave-tarmkanalen.

Formålet med undersøgelsen er at karakterisere hele spektret af forårsagende bakterier i pleural infektion og sammenligne den diagnostiske ydeevne ved at identificere patogenerne mellem konventionel kultur, 16S rRNA gen amplikon og shotgun metagenomisk sekventering. Det antimikrobielle resistensmønster for forårsagende bakterier, kliniske resultater af pleurainfektion vil også blive sammenlignet mellem grupper som kategoriseret efter bakteriologisk mønster identificeret ved forskellige metoder.