패혈증에서 세균 DNA의 정량화

혈류 감염으로 인한 패혈증 증후군은 전 세계적으로 주요 의료 문제를 나타내며 비심장 중환자실(ICU)에서 사망의 주요 원인입니다. 패혈증에 대한 지속적인 연구 노력에도 불구하고 사망률은 12-30%로 높게 유지됩니다.

중증 패혈증에서 적절한 항생제 치료 시기는 분명히 생존과 관련이 있습니다. 그러나 응급실에서는 임상 증상의 원인을 규명하고 항생제 치료가 가장 유리할 환자를 파악하는 것이 어렵다. 항생제의 무분별한 사용은 필연적으로 세균 내성과 받아들일 수 없는 부작용을 초래합니다. 따라서, 누가 항생제가 필요하고 누가 항생제로부터 혜택을 받지 못할 것인지에 대해 임상의에게 알릴 수 있는 새로운 진단 기구를 개발해야 하는 충족되지 않은 의학적 필요성이 큽니다. 또한, 원인 미생물 및 환자의 염증 상태를 조기에 식별하면 치료에 대한 결정을 개선하고 항생제 투여를 줄일 수 있습니다.

오늘날 혈류 감염(BSI) 진단을 위한 황금 표준은 표준 실험실 절차에 의한 종 및 저항 패턴 식별에 따른 혈액 배양입니다. 이 절차는 특이도가 높지만 민감도가 낮습니다. 강한 임상적 의심에도 불구하고 혈액 배양이 음성인 가능한 이유는 배양 병의 혈액량이 충분하지 않거나 병에서 박테리아가 성장하지 못하는 채혈 전에 항생제 치료를 받았기 때문일 수 있습니다.

최근 세균 리보솜 RNA의 특정 subunit(16S 및 18S)의 증폭을 기반으로 세균 DNA를 결정하는 방법으로 PCR(Polymerase Chain reaction)이 제안되었다. PCR은 매우 적은 양의 DNA를 필요로 합니다. 또 다른 장점은 멀티플렉스 PCR에 의해 생존 불가능한 박테리아에서 박테리아 종을 결정할 수 있다는 것입니다. 그러나 이러한 다중 PCR의 대부분은 혈액 배양으로 검출되지 않은 임상 관련 병원체를 발견했음에도 불구하고 제한된 민감도를 보였습니다. 또 다른 한계는 다중 PCR이 모든 패혈증 원인 병원균의 최대 95%만 검출한다는 것입니다. 최근 발표된 연구에서 저자는 현재의 배양 기반 방법에 부가하여 "전혈 표본에서" 테스트된 다중 PCR이 임상적 추가 가치를 제공한다고 결론지었습니다. 임상 환경에서 PCR 및 기타 분자 기술의 향후 역할은 추가 평가가 필요합니다.

패혈증 진단을 개선할 수 있고 항생제 치료 중 박테리아 DNA 로드를 추적할 수 있는 새로운 방법은 Droplet Digital PCR(ddPCR)입니다. 이 기술은 종 특정 유전자 또는 박테리아당 여러 복사본에 존재하는 16S 리보솜 DNA(rDNA) 유전자를 표적으로 하는 병원체를 일으키는 패혈증의 절대 정량화를 가능하게 합니다. ddPCR에서 샘플은 약 20,000개의 water-in-oil 물방울로 나뉘며 모든 물방울에서 PCR 반응이 발생합니다. PCR 후, 각 액적을 분석하여 원래 샘플에서 박테리아 DNA의 양을 제공하는 PCR 양성 액적의 분율을 결정합니다. 액적의 크기를 알고 있고 동일한 액적에서 하나 이상의 양성 반응을 보정하기 위해 포아송 분포 통계를 사용하여 절대 표적 DNA 템플릿 농도를 계산할 수 있습니다.

16S rDNA 유전자의 병원체 시퀀싱 또는 샷건 메타게노믹스 접근법을 사용하여 패혈증을 유발하는 패혈증을 식별할 수 있습니다. 후자는 NGS(Next Generation Sequencing) 기술을 이용하여 시료 내 모든 DNA 염기서열을 분석하고 생물정보학 데이터 분석을 통해 패혈증을 유발하는 병원체를 검출 및 정량화하는 것을 목표로 합니다.

패혈 과정 동안 환자는 혈관확장에서 혈관 누출로 이동하고 최종적으로 저혈압이 됩니다. 이것은 추가된 정맥 수액 치료와 함께 추가된 항생제에 대한 변경된 약동학 상태로 분포 부피를 증가시킬 것입니다. 또한, 감소된 신장 기능은 ICU 환자에서 일반적이며 패혈증의 급성기 동안 증가된 크레아티닌 청소율이 증가하는 빈도로 설명됩니다. 따라서 패혈증 환자에게 최적의 항생제 투여량을 예측하기 어렵다. 실제로, ICU 환자의 상당 부분에서 적절한 항생제 노출이 달성되지 않았으며 이는 부정적인 임상 결과와 관련이 있는 것으로 나타났습니다.

조절되지 않은 숙주 반응은 패혈증 병태생리학의 현재 이해의 초석입니다. 처음에는 패혈증 과정 동안 전염증성 반응이 염증과 관련된 사이토카인을 포함하는 초기 활성화 유전자에 의해 유도됩니다: 종양 괴사 인자(TNF), 인터류킨-1(IL-1), IL-12 및 IL-18. 동시에 항염증성 사이토카인, 즉 IL-10 및 형질전환 성장 인자에 의해 면역 억제가 유도됩니다. 프로- 및 항-염증 반응의 중단된 항상성은 패혈증에서 조절되지 않는 숙주 반응의 일부인 것으로 제안되지만 임상적으로 식별을 위한 바이오마커가 부족합니다. 또한, 이 과정에 관여하는 규제 매개체와 패혈증 중 세균 제거와의 연관성은 추가 조사가 필요합니다.

위장관은 박테리아의 근원이 될 수 있으며 상피 장벽이 파괴되면 ICU 환자의 패혈성 염증이 악화될 수 있습니다. 따라서 온전한 위장 기능은 중증 환자에게 매우 중요합니다. 위장 기능에 대해 임상적으로 이용 가능한 바이오마커가 없습니다. 그러나 최근에 기술된 급성 위장 손상(AGI) 점수는 ICU 환자의 불리한 결과와 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다.

이 연구의 목적은 ddPCR로 측정한 전혈 내 박테리아 DNA가 패혈성 중환자실 환자의 박테리아 청소율 평가에 사용될 수 있는지 여부를 조사하는 것입니다. 그렇게 하기 위해 연구자들은 박테리아 DNA 클리어런스와 혈액 배양에 의해 검출된 균혈증 클리어런스 사이의 잠재적 연관성을 검색할 것입니다.

또한, 목적은 패혈증 환자에서 세균 DNA의 클리어런스, 조절 장애 숙주 반응의 바이오마커 및 임상 결과 사이의 가능한 관계를 조사하는 것입니다. 결과는 ICU에서의 사망률, 사망률 <28일, ICU에서의 일수, SOFA(Sequential Organ Failure Assessment Score)의 변화, 인공호흡 시간, 젖산 청소율, 승압제의 필요성 및 위장관 손상의 중증도로 측정됩니다. 또한, 목적은 베타-락탐 항생제의 농도, 즉 검출된 박테리아에 대한 최소 억제 농도(T>MIC)와 박테리아 DNA 제거 사이의 관계를 연구하는 것입니다. 수집된 물질은 또한 패혈증을 유발하는 박테리아를 검출하는 데 있어 ddPCR과 샷건 시퀀싱 사이의 관계를 밝히는 데 기여할 것입니다.