Studio metagenomico nel versamento parapneumonico

Il versamento parapneumonico (PPE) è un problema clinico comune e grave. Tra i pazienti affetti da polmonite acquisita in comunità, fino al 57% di loro svilupperebbe versamento parapneumonico (PPE) e il 7,2% svilupperebbe versamento parapneumonico complicato (CPPE) ed empiema. Gli ultimi due, noti collettivamente come infezione pleurica, sono associati a una lunga degenza ospedaliera, alti tassi di ricovero in unità di terapia intensiva, grave morbilità e mortalità.

La pietra angolare del trattamento dell'infezione pleurica è la somministrazione tempestiva di antibiotici appropriati e un adeguato drenaggio del liquido pleurico. Tuttavia, la scelta iniziale degli antibiotici è quasi sempre empirica e può essere regolata solo al ritorno di risultati microbiologici positivi dal liquido pleurico o da campioni pertinenti. In effetti, l'inadeguata comprensione della batteriologia locale, del modello di resistenza ai farmaci e la mancanza di una guida locale sulla copertura antibiotica empirica per l'infezione pleurica hanno portato a un comportamento di prescrizione eterogeneo degli antibiotici, che è un fattore di rischio significativo dell'emergere della resistenza ai farmaci (ad esempio, aumento incidenza di Staphylococcus aureus resistente alla meticillina), complicanze delle terapie antibiotiche (ad es. infezioni da Clostridium difficile) ed esiti avversi per i pazienti.

La cultura convenzionale del versamento pleurico è stata considerata una parte essenziale dell'algoritmo di trattamento, ma comporta due svantaggi critici che possono limitare l'assistenza clinica:

1. Tempi di consegna lunghi Sebbene i risultati della colorazione di Gram possano di solito essere disponibili entro un giorno, i risultati finali della coltura e il modello di sensibilità antimicrobica ritornano solo dopo un massimo di cinque giorni. Nel caso in cui l'infezione pleurica non sia sotto controllo in attesa dei risultati della coltura, i medici aumenterebbero ciecamente la copertura degli antibiotici o procederebbero a ulteriori interventi pleurici, che possono essere evitati se i risultati microbiologici possono essere disponibili in anticipo. Il ritardato ritorno del modello di sensibilità al farmaco può portare all'uso iniziale di antibiotici discordanti, che si è verificato nel 17-24% dei pazienti in due coorti locali
2. La coltura negativa del liquido pleurico è comune nell'infezione pleurica Fino al 40% del liquido pleurico nell'infezione pleurica non ha rivelato alcun microrganismo con la coltura convenzionale, a causa della mancata coltura di organismi esigenti e del trattamento antibiotico prima del campionamento del liquido pleurico. Il nostro gruppo di studio ha scoperto che l'88% dei pazienti con empiema riceveva antibiotici empirici prima di qualsiasi intervento pleurico, il che rifletteva la pratica del mondo reale. Sebbene l'inoculazione di liquido pleurico in un flacone per emocoltura possa aumentare del 20% la resa della coltura nell'infezione pleurica, è ancora lungi dall'essere soddisfacente nella pratica clinica. Inoltre, l'analisi microbiologica dei campioni non respiratori spesso non è informativa. Pertanto, l'uso di antibiotici durante tutto il corso del trattamento è puramente empirico in quei pazienti con infezione pleurica con coltura negativa. Per ovviare a questo problema e alla natura spesso polimicrobica delle infezioni, vengono attualmente proposti agenti ad ampio spettro. Al contrario, la mancanza di informazioni sulla coltura batterica con una copertura antibiotica inadeguata è stata associata a un aumento del tasso di mortalità.

Studi molecolari non colturali sono stati applicati per superare le insufficienze della coltura convenzionale nell'ultimo decennio, per caratterizzare lo spettro dei batteri nell'infezione pleurica e il modello di resistenza agli antibiotici entro un breve periodo di tempo e informare le decisioni cliniche corrette. Il sequenziamento multiplex PCR (reazione a catena della polimerasi) con un pannello per la polmonite è in grado di identificare i batteri che sono comunemente coinvolti nella polmonite. Tuttavia, l'eziologia dell'infezione pleurica non è completamente una replica della polmonite acquisita in comunità e quindi ne limita l'utilità. Il sequenziamento del gene dell'acido ribonucleico ribosomiale 16S (rRNA) supera il metodo di coltura convenzionale identificando più batteri, in particolare anaerobi, nel liquido pleurico. Fornisce una soluzione ad alto rendimento ed economicamente vantaggiosa per lo screening della comunità del microbiota alla ricerca di campioni clinici con bassa biomassa batterica e/o elevata contaminazione genomica dell'ospite. Tuttavia, ha una limitazione nel rilevare il microbioma a livello di specie e può introdurre distorsioni della PCR che mascherano la vera composizione della comunità. Dyrhovden R et al hanno eseguito la prima analisi di sequenziamento metagenomico in Norvegia per comprendere lo spettro della batteriologia nell'empiema confermato. Hanno identificato 385 rilevamenti batterici, mentre la coltura ha rilevato 38 (10%) e il sequenziamento basato su PCR/Sanger del gene rRNA 16S ne ha rilevati 87 (23%) in 64 pazienti con empiema. Tali risultati hanno confermato lo svantaggio del metodo di coltura convenzionale ed è necessaria una più ampia copertura di antibiotici per il trattamento dell'infezione pleurica. Tuttavia, questo studio metagenomico era di natura retrospettiva, copriva solo pazienti con empiema e non rifletteva l'intero spettro dell'infezione pleurica. Chen et al. hanno utilizzato uno studio di sequenziamento metagenomico con analisi funzionale e hanno identificato due distinti cluster di microbioma nell'infezione pleurica, Staphylococcus aureus come specie principale (tipo HA-SA) e una comunità microbica più diversificata (tipo LA-SA), che è diversa da il solito modello batteriologico trovato negli studi di Hong Kong. Hanno anche identificato il resistoma dei batteri, inclusa la resistenza alla tetraciclina e al beta-lattamico, che è importante per guidare il regime antibiotico appropriato nella fase iniziale del trattamento. L'interpretazione di questi due studi era limitata perché gli autori non correlavano i risultati microbiologici con gli esiti clinici dei pazienti. Recentemente, Kanellakis et al hanno confermato la natura prevalentemente polimicrobica dell'infezione pleurica mediante analisi di sequenziamento metagenomico dell'rRNA 16S, con uno spettro batterico diversificato. Hanno anche identificato uno spettro batteriologico distinto nei casi polimicrobici e monomicrobici e hanno correlato la batteriologia con gli esiti clinici.

Dato che possono esistere differenze geografiche nella batteriologia dell'infezione pleurica e che studi precedenti non hanno tradotto le moderne tecnologie di sequenziamento molecolare nel perfezionamento dell'uso iniziale di antibiotici, è auspicabile uno studio prospettico locale che colleghi i risultati di laboratorio e clinici utilizzando metodi di sequenziamento metagenomico più ampi. Ipotizziamo che l'amplicone del gene 16S rRNA e il sequenziamento metagenomico del fucile da caccia abbiano un tasso di rilevamento più elevato di batteri nel liquido pleurico e identificazione di modelli di resistenza agli antibiotici rispetto alla coltura convenzionale nei pazienti con infezione pleurica. I risultati dei due metodi di sequenziamento molecolare sono complementari e possono guidare il trattamento antibiotico iniziale, ridurre al minimo l'insorgenza di resistenza ai farmaci, correlare lo spettro microbiologico con i risultati clinici e preparare uno studio su larga scala su tutto il territorio incorporando la tecnologia molecolare nel gestione dell'infezione pleurica. Il breve tempo di consegna rende anche questa tecnologia attraente per i medici e, in ultima analisi, avvantaggia il paziente migliorando la qualità dell'assistenza. Poiché le prestazioni diagnostiche, i requisiti tecnici e il costo dei due metodi di sequenziamento molecolare sono diversi, questo studio fornirà informazioni fondamentali e guiderà il loro utilizzo in ambito clinico.

La patogenesi dell'infezione pleurica acquisita in comunità è controversa. La convinzione convenzionale della trasmigrazione dei batteri attraverso il parenchima polmonare alla cavità pleurica è stata messa in discussione da (1) diverso spettro di agenti patogeni causali di polmonite e infezione pleurica, (2) assenza di evidenza radiologica di polmonite e (3) gli anaerobi sono frequentemente si trovano nella coltura del liquido pleurico ma sono rari nel parenchima polmonare normale a causa dell'elevata tensione di ossigeno. Pertanto, comprendere l'ultima fonte di agenti patogeni e comprendere il loro percorso di ingresso nello spazio pleurico è un passaggio fondamentale nella prevenzione e nel trattamento dell'infezione pleurica. Attualmente, ci sono prove molto limitate che associano il microbiota nel liquido pleurico dell'infezione pleurica e quelli nella cavità orale e nel tratto gastrointestinale.

Lo scopo dello studio è quello di caratterizzare l'intero spettro di batteri causali nell'infezione pleurica e confrontare le prestazioni diagnostiche dell'identificazione dei patogeni tra la coltura convenzionale, l'amplicone del gene rRNA 16S e il sequenziamento metagenomico shotgun. Il modello di resistenza antimicrobica dei batteri causali, gli esiti clinici dell'infezione pleurica saranno anche confrontati tra i gruppi classificati dal modello di batteriologia identificato con metodi diversi.