A fertőző endocarditis klinikai metagenomikája (Meta-ENDO)

Háttér és indoklás A fertőző endocarditis (IE) a szívbillentyűk fertőzése. Az IE főként baktériumokat, ritkábban gombákat érint. Az IE egy nem gyakori betegség, évente 100 000 lakosonként 1-12 esetet becsülnek. Az IE diagnosztikája a biológiai minták (vérkultúrák és peroperatív minták) gyűjtésén és a bakteriológiai laboratóriumban történő tenyésztésén alapul, amelyet hagyományos módszernek nevezünk.

Ennek a 19. század végi Pasteur kora óta gyakorlatilag változatlan folyamatnak az a hátránya, hogy a szokásos laboratóriumi körülmények között tenyészthető baktériumok egyetlen kimutatását teszi lehetővé. Ha a legtöbb patogén baktérium képes erre, akkor egyes baktériumok, amelyek részt vehetnek az IE-ben (pl. Coxiella sp., Bartonella sp., Tropheryma whipplei), nagyon speciális feltételeket igényelnek a szaporodáshoz. Ezen túlmenően, ha a mintavétel előtt a páciens előzetesen antibiotikumot szedett, az negatívan befolyásolhatja a minták tenyésztését. Az IE diagnózisát számos klinikai érv (láz, mikrobiológiai kockázati viselkedés (pozitív vértenyészet(ek), szerológia (Coxiella burnettii)), echográfia (intrakardiális tömeg jelenléte, tályog, szivárgás és/vagy szelep behelyezése), amelyek mindegyike kisebb-nagyobb kritérium az IE biztonságának meghatározásához. Az IE kezelésének alapja az elhúzódó antibiotikum (az esetek többségében 4-6 hét) és a billentyűműtét (pontos indikációk szerint).

Az esetek körülbelül 10%-ában azonban a vértenyészet negatív marad. Ezeket negatív kultúra IE néven ismerjük, ami a mintavétel előtt bevett antibiotikumok, nem tenyészthető baktériumok vagy aszeptikus jelenségek következménye lehet. Ezt követően a 16S RNS-t kódoló gén egy frakciójának PCR-rel történő amplifikálásából, majd szekvenálásából álló széles körű PCR használható. Lehetővé teszi a kórokozó baktérium azonosítását, de nem ad információt az antibiotikumokkal szembeni rezisztenciáról.

A klinikai metagenomika fogalma A klinikai metagenomika a nagy áteresztőképességű szekvenálás (NGS) alkalmazása, amelyet egy specifikus bioinformatikai elemzés követ a klinikai információk megszerzése érdekében, azaz a kórokozók azonosítása és az antimikrobiális szerekkel szembeni érzékenységük előrejelzése. Egy minta metagenomja (pl. a jelenlévő élőlények összes genomja) gyakorlatilag tartalmazza a bakteriológiai diagnózishoz szükséges összes információt: mik a kórokozó baktériumok, és milyen antibiotikumokra érzékenyek. A klinikai metagenomika koncepciója a 2000-es évek közepén bevezetett új DNS-szekvenálási technológiákkal párhuzamosan fejlődött ki, és az áteresztőképesség szempontjából sokkal hatékonyabb, mint a Sanger által leírt szekvenálási módszer. Bár ez a koncepció vonzó, megvalósításának még mindig sok akadálya van. Először is, a bakteriális fertőzésekből származó klinikai minták általában nagy koncentrációban tartalmaznak leukocitákat, amelyek genomja körülbelül 1000-szer nagyobb, mint a baktériumoké. Így a klinikai metagenomika első korlátozó lépése az, hogy elegendő bakteriális DNS-t kell beszerezni ahhoz, hogy lehetővé váljon minőségi könyvtárak elkészítése a szekvenáláshoz, de csökkenteni kell a humán DNS koncentrációját is, amelynek szekvenálása ebben az összefüggésben szükségtelen. Módszerek rendelkezésre állnak, de klinikai metagenomikai célú értékelésük szükséges. Másodszor, a mikrobiológus által kezelendő bioinformatikai adatok összetettsége megköveteli, hogy az adatok minél automatizáltabbak legyenek, egy felhasználóbarát felülettel együtt, ami ma még az online platformok fejlesztése esetén sem igaz. A szekvenciák taxonómiai hozzárendelése, összeállítása, az antibiotikum-rezisztenciával összefüggő gének és kromoszómamutációk azonosítása, valamint a rezisztencia-determináns és a gazdabaktérium közötti kapcsolat megteremtése további akadályt jelent a klinikai metagenomika megvalósításában. Végül, ha a mikrobiológus által hasznosítható eredmények eléréséhez szükséges idő csökkenni kezd, akkor ez most a tenyésztéséhoz hasonlítható, sokkal magasabb költségek mellett. A szekvenszergyártók közötti tartós versenynek azonban fenn kell tartania hanyatlásukat, ahogy az az elmúlt évtizedben is történt.

A klinikai metagenomika alkalmazásának jelentősége az IE-ben

A klinikai metagenomika alkalmazása az IE kontextusában ezért több okból is relevánsnak tűnik:

• A legtöbb IE monomikrobiális, ami előzetes eredményeink szerint támogatja a klinikai metagenomika jó teljesítményét.
• Az IE kontextusban végzett intraoperatív minták tenyésztése esetenként negatív az antibiotikumos előkezelés és/vagy a kórokozó rutin körülményei között végzett tenyésztés mellőzése miatt (pl. Bartonella spp. vagy Coxiella spp.), ami lehetőséget ad a fejlesztésre.
• Az IE kezelése hosszú távú kezelés, amely pontos diagnózist igényel, összhangban a kórokozók antibiotikum-érzékenységével. Ha a kórokozót nem találják meg a tenyészetben, széles spektrumú antibiotikumot kell adni a betegnek a kezelés sikertelenségének és a toxicitás kétszeres kockázatával. A klinikai metagenomika azonban még negatív tenyészet esetén is információt szolgáltathat az antibiotikum-érzékenységről.
• Az esetek többségében az IE mikrobiológiai diagnózisa nem sürgősségi diagnózis, amely összeegyeztethető a klinikai metagenomika alkalmazásával, amelynek végrehajtási ideje legjobb esetben 48-72 óra.

Ezért azt javasoljuk, hogy értékeljük a klinikai metagenomika teljesítményét az IE diagnosztikájában.