感染性心内膜炎の臨床メタゲノミクス (Meta-ENDO)

背景と理論的根拠 感染性心内膜炎 (IE) は、心臓弁の感染症です。 IE には主に細菌が関与しますが、まれに真菌が関与します。 IE は、年間 100,000 人の住民あたり 1 ～ 12 例の推定発生率を持つまれな疾患です。 IE の診断は、生物学的サンプル (血液培養および術中サンプル) の収集と、従来の方法と呼ばれる細菌学研究室でのそれらの培養に依存しています。

このプロセスは、19 世紀末のパスツールの時代から実質的に変更されていませんが、実験室の通常の条件下で増殖できる細菌しか検出できないという欠点があります。 ほとんどの病原性細菌が増殖できる場合、IE に関与する可能性のある一部の細菌 (コクシエラ属、バルトネラ属、トロフェリマ ホイップレイなど) は、増殖するために非常に特殊な条件を必要とします。 さらに、サンプル収集前の患者による抗生物質の事前摂取は、サンプルの培養に悪影響を及ぼす可能性があります。 IE の診断は、一連の臨床的議論 (発熱、微生物学的リスク行動 (血液培養陽性)、血清学 (Coxiella burnettii の場合)、超音波検査 (心臓内腫瘤の存在、膿瘍、漏出および/または) を考慮することによって引き起こされます。これらはすべて、IE の確実性を判断するためのマイナーおよびメジャーな基準です。 IE の治療は、長期の抗生物質 (大部分の症例で 4 ～ 6 週間) と弁手術 (正確な適応症による) に基づいています。

しかし、約 10% の症例で、血液培養は陰性のままです。 これらは陰性培養 IE として知られており、サンプリング前に摂取した抗生物質、培養不可能な細菌、または無菌現象が原因である可能性があります。 次いで、ＰＣＲによる増幅、次いで遺伝子をコードする１６Ｓ ＲＮＡの画分の配列決定からなる広域ＰＣＲを使用することができる。 それは病原菌の同定を可能にしますが、抗生物質に対して獲得された耐性に関する情報は提供しません。

臨床メタゲノミクスの概念 臨床メタゲノミクスは、高スループット シーケンス (NGS) の適用とそれに続く特定のバイオインフォマティクス分析を適用して、臨床情報、つまり病原体の同定と抗菌薬に対する感受性の予測を取得することとして定義されます。 サンプルのメタゲノム (つまり 存在する生物のすべてのゲノム）には、細菌学的診断に必要なすべての情報が事実上含まれています。 臨床メタゲノミクスの概念は、2000 年代半ばに導入された新しい DNA 配列決定技術と並行して発展し、Sanger によって説明された配列決定法よりもスループットの点ではるかに効率的です。 このコンセプトは魅力的ですが、実装にはまだ多くの障害があります。 まず、細菌感染の臨床検体には通常、高濃度の白血球が含まれており、そのゲノムは細菌の約 1000 倍の大きさです。 したがって、臨床メタゲノミクスの最初の制限ステップは、シーケンシング用の高品質ライブラリーの調製を可能にするだけでなく、このコンテキストではシーケンシングが不要なヒト DNA の濃度を下げるために十分な細菌 DNA を取得する必要があることです。 方法は利用可能ですが、臨床メタゲノミクス目的のための評価が必要です。 第二に、微生物学者が管理するバイオインフォマティクス データは複雑であるため、オンライン プラットフォームが開発されていても、現在はそうではありません。 配列の分類学的割り当て、それらのアセンブリ、抗生物質耐性に関連する遺伝子と染色体変異の同定、および耐性決定因子と宿主細菌間のリンクの確立は、臨床メタゲノミクスの実装に対する追加の障害です。 最後に、微生物学者が利用できる結果を得るのにかかる時間が減少する傾向にある場合、コストははるかに高くなりますが、現在では培養に匹敵します。 ただし、シーケンサー メーカー間の持続的な競争は、過去 10 年間に見られたように、衰退を維持するはずです。

IEにおける臨床メタゲノミクスの使用の関連性

したがって、IE のコンテキストでの臨床メタゲノミクスの使用は、いくつかの理由で関連性があるようです。

• ほとんどのIEは単一微生物であり、予備的な結果によると、臨床メタゲノミクスの良好なパフォーマンスをサポートしています。
• IE コンテキストで実行される術中サンプルの培養は、抗生物質の前処理および/または病原体 (例えば、バルトネラ属またはコクシエラ属) の日常的な条件下での非培養のために、時々陰性であり、改善の余地があります。
• IEの治療は、病原体の抗生物質に対する感受性に応じて正確な診断を必要とする長期的な治療です。 培養で病原体が見つからない場合は、広範囲の抗生物質を患者に投与する必要がありますが、治療の失敗と毒性の二重のリスクがあります。 ただし、臨床メタゲノミクスは、陰性培養の場合でも抗生物質感受性に関する情報を提供できます。
• ほとんどの場合、IE の微生物学的診断は緊急診断ではなく、実施時間がせいぜい 48 ～ 72 時間である臨床メタゲノミクスの使用と互換性があります。

したがって、IE の診断における臨床メタゲノミクスのパフォーマンスを評価することを提案します。