nSeP: detección de sepsis neonatal mediante análisis de redes inmunometabólicas (nSeP)

Varios estudios han demostrado que los cambios en la expresión génica del huésped pueden ocurrir antes de los síntomas en respuesta a una infección en cualquier parte del cuerpo, con la interacción continua entre la sangre y el tejido permitiendo que las células sanguíneas actúen como biosensores de los cambios (Manger y Relman, 2000). , Liew et al., 2006). El análisis amplio del genoma revela la expresión coordinada que desarrolla redes vinculadas causalmente a través de vías.

Estudios anteriores de nuestro grupo que investigaban métodos óptimos para el muestreo y la extracción de productos de transcripción completa (ARN) neonatales demostraron los primeros estudios de viabilidad para usar el análisis de ARN del genoma completo como enfoque metodológico para identificar biomarcadores de infección y vacunación en el huésped en etapas tempranas de la vida (Smith et al. al., 2007, Flanagan et al., 2013). Los métodos de muestreo se refinaron aún más en 2015 con el desarrollo de una metodología de gota única que ha sido ampliamente probada en una amplia gama de entornos, incluida la recolección de muestras neonatales en el hogar, en el punto de prueba de Guthrie por parteras. Los detalles de estos métodos se han enviado recientemente a la revista Nature Protocols. Además, llevamos a cabo ensayos clínicos virtuales tempranos utilizando un marco de supercomputación que simuló varias muestras de sangre total neonatal de 100 000 para predecir la infección (Khondoker et al., 2010). Esas investigaciones mostraron la necesidad de múltiples marcadores e, idealmente, en vías biológicas discretas que sustentan la causalidad (Khondoker et al., 2010, Watterson y Ghazal, 2010). Esas investigaciones proporcionaron una base sólida para iniciar un caso y control de sepsis neonatal (Dickinson et al., 2015). En consecuencia, fuimos el primer grupo en publicar estudios que investigan la respuesta inmune sistémica en recién nacidos a la sepsis midiendo la actividad de todos los genes humanos conocidos (Smith et al Nature comm. 2014). Estas investigaciones computacionalmente intensivas llevaron a descubrir, por primera vez, la vía biológica subyacente a la sepsis neonatal con muestras de sangre tomadas ante los primeros signos clínicos de sospecha de infección. Una combinación de aprendizaje automático, análisis estadísticos y de biología de vías profundas condujo a la identificación de un panel de 52 genes de módulos de red conectados biológicamente. Los módulos comprenden tres vías centrales, inmune innata o inflamatoria, inmune adaptativa e inesperadamente metabólica. Los niveles de expresión de combinaciones particulares de biomarcadores, y específicamente los de una vía previamente desconectada de las respuestas inmunitarias, otorgan una calidad de diagnóstico inusualmente alta. A pesar de la heterogeneidad de los pacientes, la red de biomarcadores duales de 52 nodos tuvo una precisión superior al 99 % para detectar infecciones bacterianas con una sensibilidad del 100 %, mostrando un rendimiento superior a los marcadores previamente caracterizados. Además, estas combinaciones específicas de biomarcadores permitieron la detección de sepsis neonatal en muestras que habían mostrado resultados negativos en hemocultivos, lo que ilustra los beneficios de diagnóstico específicos de las combinaciones particulares de biomarcadores. Los valores inesperadamente altos de precisión y sensibilidad no podrían haber sido el resultado de la investigación de ninguno de los biomarcadores individuales por sí solos, ni podrían haberse previsto. Una parte crítica de estos hallazgos es el requisito de las vías metabólicas para aumentar tanto la sensibilidad como la especificidad. Un subconjunto de los marcadores metabólicos abarca ligandos (específicamente ácidos grasos de cadena pequeña y mediana) que se derivan del metabolismo microbiano, en particular de los comensales y que se reflejan en el microbioma fecal. Hasta la fecha, estos estudios proporcionan una prueba de concepto, pero necesitan estudios de confirmación independientes, así como la investigación de la especificidad contra las infecciones no bacterianas (virales y fúngicas) y la inflamación estéril. La pregunta médica urgente no resuelta es si las vías predictivas de infección del huésped pueden usarse para identificar primero si un paciente está infectado en el momento de la presentación clínica o antes, y para discriminar aún más entre el tipo de infección (en particular, bacteriana o viral) y la previsibilidad de la sepsis.