Metagenomische Studie bei parapneumonischem Erguss

Parapneumonischer Erguss (PPE) ist ein häufiges und schwerwiegendes klinisches Problem. Unter den Patienten, die an ambulant erworbener Pneumonie litten, entwickelten bis zu 57 % einen parapneumonischen Erguss (PPE) und 7,2 % einen komplizierten parapneumonischen Erguss (CPPE) und ein Empyem. Die beiden letzteren, zusammenfassend als Pleurainfektion bekannt, sind mit langen Krankenhausaufenthalten, hohen Einweisungsraten auf Intensivstationen, schwerer Morbidität und Mortalität verbunden.

Der Eckpfeiler der Behandlung einer Pleurainfektion ist die rechtzeitige Verabreichung geeigneter Antibiotika und eine ausreichende Drainage der Pleuraflüssigkeit. Die anfängliche Auswahl von Antibiotika ist jedoch fast immer empirisch und kann nur nach positiven mikrobiologischen Ergebnissen aus der Pleuraflüssigkeit oder relevanten Proben angepasst werden. Tatsächlich haben das unzureichende Verständnis der lokalen Bakteriologie, der Arzneimittelresistenzmuster und das Fehlen lokaler Leitlinien zur empirischen Abdeckung von Antibiotika bei Pleurainfektionen zu einem heterogenen Verschreibungsverhalten von Antibiotika geführt, was ein signifikanter Risikofaktor für das Auftreten von Arzneimittelresistenzen ist (z Inzidenz von Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus), Komplikationen von Antibiotikatherapien (z. B. Clostridium-difficile-Infektionen) und unerwünschte Behandlungsergebnisse.

Die konventionelle Kultur des Pleuraergusses wurde als wesentlicher Bestandteil des Behandlungsalgorithmus angesehen, hat jedoch zwei entscheidende Nachteile, die die klinische Versorgung einschränken können:

1. Lange Bearbeitungszeit Obwohl die Gram-Färbungsergebnisse normalerweise innerhalb eines Tages verfügbar sind, werden die endgültigen Kulturergebnisse und das antimikrobielle Empfindlichkeitsmuster erst nach bis zu fünf Tagen zurückgegeben. Falls die Pleurainfektion während des Wartens auf die Kulturergebnisse nicht unter Kontrolle ist, würden Ärzte die Behandlung mit Antibiotika blindlings erhöhen oder zusätzliche Eingriffe an der Pleura vornehmen, was vermeidbar sein kann, wenn die mikrobiologischen Ergebnisse früh verfügbar sind. Die verzögerte Rückkehr des Arzneimittelempfindlichkeitsmusters kann zum anfänglichen Einsatz von nicht übereinstimmenden Antibiotika führen, was bei 17 bis 24 % der Patienten in zwei lokalen Kohorten der Fall war
2. Eine negative Pleuraflüssigkeitskultur ist bei Pleurainfektionen üblich. Bis zu 40 % der Pleuraflüssigkeit bei Pleurainfektionen zeigten bei konventioneller Kultur keinen Mikroorganismus, da anspruchsvolle Organismen nicht kultiviert und keine Antibiotikabehandlung vor der Pleuraflüssigkeitsentnahme durchgeführt wurden. Unsere Studiengruppe hat herausgefunden, dass 88 % der Patienten mit Empyem empirische Antibiotika vor jedem Pleuraeingriff erhalten haben, was die Praxis in der Praxis widerspiegelt. Obwohl das Beimpfen von Pleuraflüssigkeit in eine Blutkulturflasche die Kulturausbeute bei einer Pleurainfektion um 20 % steigern kann, ist es in der klinischen Praxis noch lange nicht zufriedenstellend. Zudem ist die mikrobiologische Aufarbeitung von nicht-respiratorischen Proben häufig nicht aussagekräftig. Daher ist die Verwendung von Antibiotika während des gesamten Behandlungsverlaufs bei Patienten mit kulturnegativer Pleurainfektion rein empirisch. Um dieses Problem und die oft polymikrobielle Natur der Infektionen zu überwinden, werden derzeit Mittel mit sehr breitem Wirkungsspektrum empfohlen. Im Gegenteil, ein Mangel an Bakterienkulturinformationen bei unzureichender Antibiotikaabdeckung wurde mit einer erhöhten Sterblichkeitsrate in Verbindung gebracht.

Molekulare Studien ohne Kultur wurden in den letzten zehn Jahren durchgeführt, um die Unzulänglichkeiten der konventionellen Kultur zu überwinden, das Bakterienspektrum bei Pleurainfektionen und das Antibiotikaresistenzmuster innerhalb kurzer Zeit zu charakterisieren und korrekte klinische Entscheidungen zu treffen. Die Multiplex-PCR (Polymerase-Kettenreaktion)-Sequenzierung mit einem Lungenentzündungs-Panel ist in der Lage, Bakterien zu identifizieren, die häufig an Lungenentzündungen beteiligt sind. Die Ätiologie der Pleurainfektion entspricht jedoch nicht vollständig der ambulant erworbenen Pneumonie und schränkt somit ihre Nützlichkeit ein. Die Gensequenzierung der 16S-ribosomalen Ribonukleinsäure (rRNA) übertrifft die herkömmliche Kulturmethode, indem sie mehr Bakterien, insbesondere Anaerobier, in der Pleuraflüssigkeit identifiziert. Es bietet eine kosteneffiziente Lösung mit hohem Durchsatz zum Screening der Mikrobiota-Gemeinschaft auf klinische Proben mit geringer bakterieller Biomasse und/oder hoher genomischer Kontamination des Wirts. Es hat jedoch eine Einschränkung beim Nachweis von Mikrobiomen auf Artenebene und kann PCR-Verzerrungen einführen, die die wahre Zusammensetzung der Gemeinschaft verschleiern. Dyrhovden R et al führten die erste metagenomische Sequenzierungsanalyse in Norwegen durch, um das Spektrum der Bakteriologie bei bestätigtem Empyem zu verstehen. Sie identifizierten 385 bakterielle Nachweise, während die Kultur 38 (10 %) und die 16S-rRNA-Gen-PCR/Sanger-basierte Sequenzierung 87 (23 %) bei 64 Patienten mit Empyem nachwies. Diese Ergebnisse bestätigten den Nachteil der konventionellen Kulturmethode und eine breitere Abdeckung von Antibiotika ist für die Behandlung von Pleurainfektionen erforderlich. Diese metagenomische Studie war jedoch retrospektiver Natur, umfasste nur Patienten mit Empyem und spiegelte nicht das gesamte Spektrum der Pleurainfektion wider. Chen et al. führten eine metagenomische Sequenzierungsstudie mit Funktionsanalyse durch und identifizierten zwei unterschiedliche Mikrobiom-Cluster bei Pleurainfektionen, Staphylococcus aureus als Kernspezies (HA-SA-Typ) und eine vielfältigere mikrobielle Gemeinschaft (LA-SA-Typ), die sich von unterscheidet das übliche bakteriologische Muster, das in Hongkonger Studien gefunden wurde. Sie identifizierten auch das Resistom von Bakterien, einschließlich Tetracyclin- und Beta-Lactam-Resistenz, was wichtig ist, um das geeignete Antibiotika-Regime in der anfänglichen Behandlungsphase zu steuern. Die Interpretation dieser beiden Studien war eingeschränkt, da die Autoren die mikrobiologischen Ergebnisse nicht mit den klinischen Ergebnissen der Patienten korrelierten. Kürzlich bestätigten Kanellakis et al. die überwiegend polymikrobielle Natur der Pleurainfektion durch metagenomische 16S-rRNA-Sequenzanalyse mit einem vielfältigen Bakterienspektrum. Sie identifizierten auch ein unterschiedliches bakteriologisches Spektrum in polymikrobiellen und monomikrobiellen Fällen und korrelierten die Bakteriologie mit den klinischen Ergebnissen.

Angesichts der Tatsache, dass geografische Unterschiede in der Bakteriologie der Pleurainfektion bestehen können und frühere Studien die modernen molekularen Sequenzierungstechnologien nicht bei der Verfeinerung des anfänglichen Antibiotikaeinsatzes umgesetzt haben, ist eine lokale prospektive Studie erwünscht, die die Labor- und klinischen Befunde unter Verwendung breiterer metagenomischer Sequenzierungsmethoden verknüpft. Wir nehmen an, dass das 16S-rRNA-Gen-Amplikon und die metagenomische Shotgun-Sequenzierung bei Patienten mit Pleurainfektion eine höhere Erkennungsrate von Bakterien in der Pleuraflüssigkeit und eine höhere Identifizierung von Antibiotikaresistenzmustern aufweisen als herkömmliche Kulturen. Die Ergebnisse der beiden molekularen Sequenzierungsmethoden sind komplementär und können die anfängliche Antibiotikabehandlung leiten, das Auftreten von Arzneimittelresistenzen minimieren, das mikrobiologische Spektrum mit den klinischen Ergebnissen korrelieren und eine groß angelegte landesweite Studie durch Einbeziehung der Molekulartechnologie in die vorbereiten Management einer Pleurainfektion. Die kurze Durchlaufzeit macht diese Technologie auch für Ärzte attraktiv und kommt letztendlich dem Patienten zugute, indem die Versorgungsqualität verbessert wird. Da die diagnostische Leistung, die technischen Anforderungen und die Kosten der beiden molekularen Sequenzierungsmethoden unterschiedlich sind, wird diese Studie grundlegende Informationen liefern und ihre Verwendung in klinischen Umgebungen anleiten.

Die Pathogenese der ambulant erworbenen Pleurainfektion ist umstritten. Der herkömmliche Glaube an die Transmigration von Bakterien durch das Lungenparenchym in die Pleurahöhle wurde in Frage gestellt durch (1) ein unterschiedliches Spektrum ursächlicher Pathogene für Lungenentzündung und Pleurainfektion, (2) das Fehlen radiologischer Beweise für eine Lungenentzündung und (3) Anaerobier sind häufig gefunden in Pleuraflüssigkeitskulturen, sind aber aufgrund der hohen Sauerstoffspannung in normalem Lungenparenchym ungewöhnlich. Daher ist das Verständnis der letztendlichen Quelle von Krankheitserregern und ihres Eintrittswegs in den Pleuraraum ein entscheidender Schritt bei der Prävention und Behandlung von Pleurainfektionen. Derzeit gibt es nur sehr begrenzte Beweise dafür, dass die Mikrobiota in der Pleuraflüssigkeit einer Pleurainfektion und denen in der Mundhöhle und im Magen-Darm-Trakt in Verbindung gebracht werden.

Ziel der Studie ist es, das gesamte Spektrum der verursachenden Bakterien bei Pleurainfektionen zu charakterisieren und die diagnostische Leistung bei der Identifizierung der Pathogene zwischen konventioneller Kultur, 16S-rRNA-Gen-Amplikon und metagenomischer Shotgun-Sequenzierung zu vergleichen. Das antimikrobielle Resistenzmuster verursachender Bakterien und die klinischen Ergebnisse einer Pleurainfektion werden auch zwischen den Gruppen verglichen, die nach dem Muster der Bakteriologie kategorisiert sind, das durch verschiedene Methoden identifiziert wurde.