Uusi diagnostiikkatyökalu (MinION) mikro-organismien tunnistamiseen potilaiden jalkahaavoista, joilla on diabeteksen aiheuttama jalkaluun tulehdus (MINI-OS)

Diabetes mellitus on yksi maailman yleisimmistä sairauksista. Sen komplikaatioista 34 % diabeetikoista kehittää elinaikanaan jalkahaavoja. Kun tämä vaurio on kehittynyt triopatian (arteriopatia, neuropatia, immunopatia) vuoksi, yli 50 % näistä haavoista tulee infektoituneiksi, mikä johtaa vakaviin seurauksiin: luuvaurioihin (60–80 % tapauksista), amputaatioon (20 % infektoituneista haavoista), kuolleisuuteen (68 % 5 vuoden sisällä) ja sairastavuuteen. Tähän tilaan liittyvät lisäkustannukset ylittävät 850 miljardia dollaria maailmanlaajuisesti, ja Yhdysvalloissa näiden haavojen komplikaatioihin käytetään miljoona dollaria joka 30. sekunti. Diabeettiset jalkahaavat (DFU:t) ovat siten merkittävä kansanterveysongelma.

Infektiosairauksien erikoislääkäreille yksi tärkeimmistä vaikeuksista näiden haavojen infektioiden hoidossa on erottaa bakteerien kolonisaatio – fysiologinen prosessi – infektioista, jotka ovat patologisia prosesseja. Diabeettisten potilaiden jalkahaavojen mikrobiotan tutkimukset osoittavat näiden vaurioiden polymikrobisen luonteen, jotka sisältävät ihon mikrobiotan kommensaalibakteereita, opportunistisia patogeenisia bakteereita ja ympäristön bakteereita. Grampositiivisista kokkeista Staphylococcus aureus on laji, jota useimmin tunnistetaan diabeettisessa jalkaosteomyeliitissä (DFO) (23,4 %), jota seuraa Pseudomonas spp. (11,1 %), Escherichia coli (11,5 %), Proteus spp. (8,3 %), Klebsiella spp. (6,9 %) ja Enterococcus spp. (5,4 %). Koagulaasinegatiiviset stafylokokit, vaikka ne osallistuvat alle 4 %:iin infektioista, ovat usein vaikeita tunnistaa massaspektrometrillä lajitasolla, vaikka osa niistä tunnetaan patogeenisuudestaan. Toinen merkittävä vaikeus on osteomyeliitin epäilyn yhteydessä tulosten saamiseen kuluva aika. Tällaisissa tilanteissa luunäytteen ottaminen on standardimenetelmä ja paras tapa tunnistaa vastuussa oleva(t) patogeeni(t) ja niiden herkkyys antibiooteille. Luubiopsia voidaan suorittaa leikkauksen yhteydessä tai perkutaanisesti, kuten Diabetic Foot -työryhmän (IWGDF) suosittelee vuonna 2023. Lisäksi välttyäkseen väärien negatiivisten viljelmien vuoksi asiantuntijat ehdottavat luubiopsian viivästyttämistä potilailla, jotka ovat jo antibiooteilla, ihanteellisesti vähintään kaksi viikkoa. Mikrobiologian laboratoriossa standardidiagnoosi, joka perustuu perinteiseen mikrobiologiseen viljelyyn, voi kestää jopa kaksi viikkoa tunnistaakseen aiheuttavat bakteerit ja suorittaakseen antibioottialtistustestauksen vastuussa oleville patogeeneille, mikä pidentää diagnoosin vahvistamiseen tarvittavan kokonaisajan 4 viikkoon. Tämän viiveen lyhentämiseksi tietyt viljelyvapaat molekyylimikrobiologiset tekniikat, erityisesti metagenominen seuraavan sukupolven sekvensointi (mNGS), ovat osoittaneet, että useimpien haavainfektioiden mikrobiotta on monimuotoisempaa ja runsaampaa kuin mitä perinteiset viljelymenetelmät paljastavat. Kuitenkin hyvin vähän metagenomisia tietoja DFOM:ien luubiopsioista on saatavilla. Koska molekyylibiologiset työkalut eivät kyenneet erottamaan eläviä ja kuolleita bakteerisoluja eivätkä pysty tunnistamaan bakteerisukuja, jotka vaikuttavat infektion kliiniseen tilaan, niiden käyttöä päivittäisessä käytännössä ei suositella IWGDF:n ja SPILF:n (Société de Pathologie Infectieuse de Langue Française) mukaan, koska niiden tulokset voisivat johtaa laajakirjoisten antibioottien tarpeettomaan käyttöön. Viimeaikaiset tutkimukset, jotka perustuvat diabeettisten potilaiden jalkahaavojen luubiopsioiden, pehmytkudosten biopsioiden ja vaappojen metagenomiseen analyysiin, ovat tunnistaneet mikrobiston monimuotoisuuden infektion merkiksi. Vahvistettujen infektiotapausten osallistuvien bakteerien määräksi arvioidaan yli 70, luku, joka on vaikea saavuttaa perinteisillä rutiinimenetelmillä. 16S rRNA:ta koodaavan geenin amplifikaatioon perustuvan PCR:n käyttöä pidetään sopimattomana DFOM-näytteiden usein polymikrobisen luonteen vuoksi. Multipleks-PCR-menetelmät eivät ole täydellisiä kaikkien patogeenien tunnistamisessa. Lopuksi perinteiset viljelymenetelmät ovat usein aikaa vieviä, ja lajien tunnistaminen laboratoriomenetelmillä, kuten MALDI-TOF-massaspektrometrialla, on usein sekaannuksen tai epäonnistumisen lähde. Viime aikoina on kehitetty uusi nopea sekvensointityökalu: MinION. Se on pieni ja nopea ja voi sekvensoida bakteerin tai viruksen genomin yksittäisistä mikrobinäytteistä alle neljässä tunnissa tai määrittää monimutkaisemmassa näytteessä olevien mikro-organismien paneelin. Tämä työkalu on erityisen hyödyllinen aivo-selkäydinnesteelle.