Neues Diagnosewerkzeug (MinION) zur Identifizierung von Mikroorganismen in Fußwunden von Patienten mit diabetischer Fußosteomyelitis (MINI-OS)

Diabetes mellitus ist eine der häufigsten Krankheiten weltweit. Unter seinen Komplikationen entwickeln 34% der Patienten mit Diabetes im Laufe ihres Lebens Fußgeschwüre. Sobald diese Läsion aufgrund einer Triopathie (Arteriopathie, Neuropathie, Immunopathie) entstanden ist, werden über 50% dieser Wunden infiziert, was zu schwerwiegenden Folgen führt: Knochenschäden (60 bis 80% der Fälle), Amputation (20% der infizierten Wunden), Mortalität (68% nach 5 Jahren) und Morbidität. Die zusätzlichen Kosten im Zusammenhang mit diesem Zustand übersteigen weltweit 850 Milliarden US-Dollar, wobei in den USA alle 30 Sekunden 1 Million US-Dollar aufgrund von Komplikationen dieser Wunden ausgegeben werden. Diabetische Fußulzera (DFUs) sind daher ein bedeutendes Problem der öffentlichen Gesundheit.

Für Infektionsspezialisten besteht eine der Hauptschwierigkeiten bei der Behandlung von Infektionen in diesen Wunden darin, zwischen bakterieller Besiedlung – einem physiologischen Prozess – und Infektion – einem pathologischen Prozess – zu unterscheiden. Studien des Mikrobioms von Fußwunden bei Diabetikern zeigen die polymikrobielle Natur dieser Läsionen, die kommensale Bakterien aus dem Hautmikrobiom, opportunistische Krankheitserreger und Bakterien aus der Umwelt enthalten. Unter den grampositiven Kokken ist Staphylococcus aureus die am häufigsten bei diabetischer Fußosteomyelitis (DFO) identifizierte Art (23,4%), gefolgt von Pseudomonas spp. (11,1%), Escherichia coli (11,5%), Proteus spp. (8,3%), Klebsiella spp. (6,9%) und Enterococcus spp. (5,4%). Koagulase-negative Staphylokokken, obwohl an weniger als 4% der Infektionen beteiligt, bleiben oft schwer mittels Massenspektrometrie auf Artebene zu identifizieren, obwohl einige von ihnen für ihre Pathogenität bekannt sind. Die andere große Schwierigkeit ist die Zeit, die benötigt wird, um Ergebnisse zu erhalten, wenn Osteomyelitis vermutet wird. In solchen Situationen ist die Entnahme einer Knochenprobe die Standardmethode und der beste Weg, um den/die verantwortlichen Erreger und ihre Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika zu identifizieren. Die Knochenbiopsie kann intraoperativ oder perkutan durchgeführt werden, wie von der International Working Group of the Diabetic Foot (IWGDF) im Jahr 2023 empfohlen. Darüber hinaus schlagen Experten vor, um falsch-negative Kulturen zu vermeiden, die Knochenbiopsie bei Patienten, die bereits Antibiotika einnehmen, idealerweise für mindestens zwei Wochen zu verschieben. Im mikrobiologischen Labor kann die Standarddiagnose basierend auf konventioneller mikrobiologischer Kultur bis zu zwei Wochen dauern, um die verursachenden Bakterien zu identifizieren und Antibiotika-Empfindlichkeitstests an den verantwortlichen Erregern durchzuführen, was die Gesamtzeit zur Diagnosestellung auf 4 Wochen verlängert. Um diese Verzögerung zu reduzieren, haben bestimmte kulturbefreite molekularmikrobiologische Techniken, insbesondere die metagenomische Next-Generation-Sequenzierung (mNGS), gezeigt, dass das Mikrobiom der meisten Wundinfektionen vielfältiger und reichhaltiger ist als das, das durch konventionelle Kulturmethoden offenbart wird. Allerdings sind sehr wenige metagenomische Daten zu Knochenbiopsien von DFOMs verfügbar. Da molekularbiologische Werkzeuge nicht zwischen lebenden und toten Bakterienzellen unterscheiden konnten und nicht die bakteriellen Gattungen identifizieren können, die zum klinischen Status der Infektion beitragen, wird ihre Anwendung in der täglichen Praxis von der IWGDF und der SPILF (Société de Pathologie Infectieuse de Langue Française) nicht empfohlen, da ihre Ergebnisse zur unnötigen Verwendung von Breitbandantibiotika führen könnten. Jüngste Studien, die auf metagenomischen Analysen von Knochenbiopsien, Weichgewebsbiopsien und Abstrichen von Fußwunden bei Diabetikern basieren, haben die mikrobielle Vielfalt als Marker für Infektionen identifiziert. Die Anzahl der an bestätigten Infektionsfällen beteiligten Bakterien wird auf über 70 geschätzt, eine Zahl, die mit konventionellen Routinemethoden schwer zu erreichen ist. Die Verwendung von PCR basierend auf der Amplifikation des Gens, das für 16S rRNA kodiert, wird aufgrund der häufigen polymikrobiellen Natur von DFOM-Proben als ungeeignet angesehen. Multiplex-PCR-Methoden sind nicht erschöpfend bei der Identifizierung aller Krankheitserreger. Schließlich sind konventionelle Kulturmethoden oft zeitaufwendig, und die Artenidentifizierung mit Labormethoden wie MALDI-TOF-Massenspektrometrie ist oft eine Quelle von Verwirrung oder Versagen. Kürzlich wurde ein neues schnelles Sequenzierungswerkzeug entwickelt: der MinION. Er ist klein und schnell und kann ein bakterielles oder virales Genom aus Einzelmikrobenproben in weniger als vier Stunden sequenzieren oder eine Reihe von Mikroorganismen bestimmen, die in einer komplexeren Probe vorhanden sind. Dieses Werkzeug ist besonders nützlich für Liquor cerebrospinalis.