Metagenominen tutkimus parapneumonisessa effuusiossa

Parapneumoninen effuusio (PPE) on yleinen ja vakava kliininen ongelma. Jopa 57 %:lle potilaista, jotka kärsivät yhteisöstä hankitusta keuhkokuumeesta, kehittyisi parapneumonieffuusio (PPE) ja 7,2 %:lle komplisoitunut parapneumonieffuusio (CPPE) ja empyema. Kaksi jälkimmäistä, jotka tunnetaan yhteisesti keuhkopussin infektiona, liittyvät pitkään sairaalahoitoon, korkeaan tehohoitoyksikköön pääsyyn, vakavaan sairastumiseen ja kuolleisuuteen.

Keuhkopussin infektion hoidon kulmakivi on asianmukaisten antibioottien oikea-aikainen antaminen ja riittävä keuhkopussin nesteen poisto. Alkuperäinen antibioottien valinta on kuitenkin lähes aina empiirinen, ja sitä voidaan säätää vasta, kun keuhkopussin nesteestä tai asiaankuuluvista näytteistä saadaan positiivisia mikrobiologisia tuloksia. Itse asiassa puutteellinen paikallisen bakteriologian ymmärrys, lääkeresistenssimalli ja paikallisten ohjeiden puute keuhkopussin infektion empiiristä antibioottikuojaa varten on johtanut antibioottien heterogeeniseen määräämiseen, mikä on merkittävä riskitekijä lääkeresistenssin syntymiselle (esim. metisilliiniresistenttien Staphylococcus aureuksen ilmaantuvuus), antibioottihoidon komplikaatiot (esim. Clostridium difficile -infektiot) ja haitalliset potilastulokset.

Perinteistä keuhkopussin effuusion kulttuuria on pidetty olennaisena osana hoitoalgoritmia, mutta sillä on kaksi kriittistä haittaa, jotka voivat rajoittaa kliinistä hoitoa:

1. Pitkä läpimenoaika Vaikka Gram-värjäystulokset ovat yleensä saatavilla yhdessä päivässä, lopulliset viljelytulokset ja antimikrobinen herkkyyskuvio palaavat vasta viiden päivän kuluttua. Jos keuhkopussin tulehdus ei ole hallinnassa viljelytuloksia odotellessa, lääkärit lisäisivät sokeasti antibioottien kattavuutta tai jatkaisivat lisätoimenpiteisiin, jotka voidaan välttää, jos mikrobiologiset tulokset ovat saatavilla ajoissa. Lääkeherkkyysmallin viivästynyt palautuminen voi johtaa ristiriitaisten antibioottien käyttöön, mitä tapahtui 17–24 %:lla potilaista kahdessa paikallisessa kohortissa.
2. Negatiivinen keuhkopussin nesteviljelmä on yleinen keuhkopussin infektiossa Jopa 40 % keuhkopussin nesteestä ei paljastanut yhtään mikro-organismia tavanomaisessa viljelmässä, koska vaativia organismeja ja antibioottihoitoa ei onnistuttu viljelmään ennen keuhkopussin nestenäytteenottoa. Tutkimusryhmämme on havainnut, että 88 % empieemapotilaista sai empiirisiä antibiootteja ennen keuhkopussin interventiota, mikä kuvastaa todellista käytäntöä. Vaikka keuhkopussin nesteen siirrostaminen veriviljelypulloon voi lisätä viljelysaantoa keuhkopussin infektiossa 20 %, se on vielä kaukana tyydyttävästä kliinisessä käytännössä. Lisäksi ei-hengitysnäytteiden mikrobiologinen käsittely ei usein ole informatiivinen. Siten antibioottien käyttö koko hoitojakson ajan on puhtaasti empiiristä potilailla, joilla on viljelmänegatiivinen keuhkopussin infektio. Tämän ongelman ja infektioiden usein polymikrobisen luonteen ratkaisemiseksi suositellaan tällä hetkellä hyvin laajavaikutteisia aineita. Päinvastoin, bakteeriviljelmätietojen puute ja riittämätön antibioottien kattavuus on yhdistetty lisääntyneeseen kuolleisuuteen.

Ei-kulttuuritutkimuksia on sovellettu tavanomaisen viljelyn puutteiden voittamiseksi viimeisen vuosikymmenen aikana, keuhkopussin infektion bakteerien kirjon ja antibioottiresistenssimallin karakterisoimiseksi lyhyessä ajassa ja oikeiden kliinisten päätösten tekemiseksi. Multiplex PCR (polymeraasiketjureaktio) -sekvensointi keuhkokuumepaneelilla pystyy tunnistamaan bakteerit, jotka ovat yleisesti mukana keuhkokuumeessa. Keuhkopussin infektion etiologia ei kuitenkaan ole täysin kopio yhteisössä hankitusta keuhkokuumeesta ja rajoittaa siten sen käyttökelpoisuutta. 16S ribosomaalisen ribonukleiinihapon (rRNA) geenisekvensointi tehostaa perinteistä viljelymenetelmää tunnistamalla enemmän bakteereja, erityisesti anaerobeja, keuhkopussin nesteestä. Se tarjoaa korkean suorituskyvyn ja kustannustehokkaan ratkaisun mikrobiotayhteisön seulomiseen kliinisistä näytteistä, joissa on alhainen bakteeribiomassa ja/tai suuri isännän genominen kontaminaatio. Sillä on kuitenkin rajoituksia mikrobiomin havaitsemisessa lajitasolla, ja se voi aiheuttaa PCR-harhoja, jotka peittävät yhteisön todellisen koostumuksen. Dyrhovden R et al suorittivat ensimmäisen metagenomisen sekvensointianalyysin Norjassa ymmärtääkseen bakteriologian kirjon vahvistetussa empyeemassa. He tunnistivat 385 bakteerihavaintoa, kun taas viljelmä havaitsi 38 (10 %) ja 16S rRNA -geenin PCR/Sanger-pohjainen sekvensointi havaitsi 87 (23 %) 64 potilaalla, joilla oli empyema. Tällaiset havainnot vahvistivat tavanomaisen viljelymenetelmän haitan ja laajempaa antibioottien kattavuutta tarvitaan pleurainfektion hoitoon. Tämä metagenominen tutkimus oli kuitenkin luonteeltaan retrospektiivinen, se kattoi vain empyeemapotilaat, eikä se heijastanut keuhkopussin infektion koko kirjoa. Chen et al käyttivät metagenomista sekvensointitutkimusta funktionaalisella analyysillä ja tunnistivat kaksi erillistä mikrobiomiklusteria keuhkopussin infektiossa, Staphylococcus aureus ydinlajina (HA-SA-tyyppi) ja monipuolisemman mikrobiyhteisön (LA-SA-tyyppi), joka eroaa Hongkongin tutkimuksissa löydetty tavallinen bakteriologinen malli. He tunnistivat myös bakteerien resistomin, mukaan lukien tetrasykliini- ja beetalaktaamiresistenssi, mikä on tärkeää ohjaamaan asianmukaista antibioottiohjelmaa hoidon alkuvaiheessa. Näiden kahden tutkimuksen tulkinta oli rajallista, koska kirjoittajat eivät korreloineet mikrobiologisia tuloksia potilaan kliinisiin tuloksiin. Äskettäin Kanellakis et al vahvistivat keuhkopussin infektion pääasiassa polymikrobisen luonteen 16S rRNA:n metagenomisella sekvensointianalyysillä, jolla on monipuolinen bakteerispektri. He tunnistivat myös erillisen bakteriologisen kirjon polymikrobi- ja monomikrobitapauksissa ja korreloivat bakteriologian kliinisiin tuloksiin.

Ottaen huomioon, että keuhkopussin infektion bakteriologiassa saattaa olla maantieteellisiä eroja ja aiemmat tutkimukset eivät kääntäneet nykyaikaisia ​​molekyylisekvensointitekniikoita alkuperäisen antibiootin käytön jalostukseen, toivotaan paikallista prospektiivista tutkimusta, joka yhdistää laboratorion ja kliiniset löydökset käyttämällä laajempia metagenomisia sekvensointimenetelmiä. Oletamme, että 16S-rRNA-geenin amplikonilla ja haulikon metagenomisella sekvensoinnilla on suurempi bakteerien havaitsemisnopeus keuhkopussin nesteessä ja antibioottiresistenssimallien tunnistaminen kuin tavanomaisella viljelmällä potilailla, joilla on keuhkopussin infektio. Kahden molekyylisekvensointimenetelmän tulokset täydentävät toisiaan ja voivat ohjata alkuperäistä antibioottihoitoa, minimoida lääkeresistenssin syntymisen, korreloida mikrobiologisen kirjon kliinisten tulosten kanssa ja valmistautua laajamittaiseen alueen laajuiseen tutkimukseen sisällyttämällä molekyyliteknologiaa keuhkopussin infektion hoito. Lyhyt läpimenoaika tekee tästä tekniikasta houkuttelevan myös lääkäreille ja hyödyttää viime kädessä potilasta parantamalla hoidon laatua. Koska näiden kahden molekyylisekvensointimenetelmän diagnostinen suorituskyky, tekniset vaatimukset ja kustannukset ovat erilaiset, tämä tutkimus tarjoaa perustietoa ja ohjaa niiden käyttöä kliinisissä olosuhteissa.

Yhteisössä hankitun keuhkopussin infektion patogeneesi on kiistanalainen. Perinteinen uskomus bakteerien kulkeutumisesta keuhkojen parenkyymin kautta keuhkopussin onteloon asetettiin kyseenalaiseksi (1) erilaisilla keuhkokuumeen ja keuhkopussin infektioiden aiheuttajilla, (2) keuhkokuumeen radiologisten todisteiden puuttuminen ja (3) anaerobit ovat usein esiintyy keuhkopussin nesteviljelmässä, mutta ne ovat harvinaisia ​​normaalissa keuhkojen parenkyymassa korkean happipaineen vuoksi. Siksi patogeenien lopullisen lähteen ymmärtäminen ja niiden keuhkopussin tilaan pääsyn reitin ymmärtäminen on kriittinen askel keuhkopussin infektion ehkäisyssä ja hoidossa. Tällä hetkellä on hyvin vähän todisteita mikrobiotan yhdistämisestä keuhkopussin infektion keuhkopussin nesteessä sekä suuontelossa ja ruoansulatuskanavassa.

Tutkimuksen tavoitteena on karakterisoida keuhkopussin infektion aiheuttavien bakteerien koko kirjo ja verrata taudinaiheuttajien tunnistamisen diagnostista suorituskykyä tavanomaisen viljelmän, 16S-rRNA-geeniamplikonin ja haulikon metagenomisen sekvensoinnin välillä. Syynä aiheuttavien bakteerien mikrobilääkeresistenssiä ja keuhkopussin infektion kliinisiä tuloksia verrataan myös eri menetelmillä tunnistetun bakteriologian mallin mukaan luokiteltujen ryhmien välillä.