Parapneumonic Effusion의 Metagenomic 연구

Parapneumonic effusion (PPE)은 흔하고 심각한 임상 문제입니다. 지역사회획득폐렴을 앓고 있는 환자 중 최대 57%에서 폐렴삼출액(PPE)이 발생하고 7.2%에서 복합폐렴삼출액(CPPE) 및 축농증이 발생합니다. 집합적으로 흉막 감염으로 알려진 후자의 두 가지는 장기 입원, 높은 집중 치료실 입원률, 심각한 이환율 및 사망률과 관련이 있습니다.

흉막 감염 치료의 초석은 적시에 적절한 항생제를 투여하고 적절한 흉막액 배액입니다. 그러나 항생제의 초기 선택은 거의 항상 경험적이며 흉막액 또는 관련 검체에서 양성 미생물학적 결과가 반환된 경우에만 조정할 수 있습니다. 실제로, 국소 세균학, 약물 내성 패턴에 대한 이해 부족 및 흉막 감염에 대한 경험적 항생제 적용 범위에 대한 현지 지침 부족으로 인해 항생제의 이질적인 처방 행태가 발생했으며, 이는 약물 내성 출현의 중요한 위험 요소입니다(예: 메티실린 내성 황색포도상구균의 발생률), 항생제 요법의 합병증(예: 클로스트리디움 디피실 감염) 및 불리한 환자 결과.

흉막 삼출액의 기존 배양은 치료 알고리즘의 필수 부분으로 간주되었지만 임상 치료를 제한할 수 있는 두 가지 중요한 단점이 있습니다.

1. 긴 처리 시간 그람염색 결과는 일반적으로 하루 이내에 얻을 수 있지만 최종 배양 결과와 항균 민감도 패턴은 최대 5일 후에야 반환됩니다. 배양 결과를 기다리는 동안 흉막 감염이 통제되지 않는 경우, 의사는 맹목적으로 항생제 적용 범위를 확대하거나 추가 흉막 중재술을 진행할 것이며, 이는 미생물학적 결과를 조기에 얻을 수 있다면 피할 수 있습니다. 약물 감수성 패턴의 지연된 복귀는 불일치하는 항생제의 초기 사용으로 이어질 수 있으며, 이는 두 지역 코호트 환자의 17~24%에서 발생했습니다.
2. 흉막 감염에서 흉막액 배양 음성 음성이 흔합니다. 흉막액 채취 전에 까다로운 미생물 배양 및 항생제 치료 실패로 인해 흉막 감염에서 흉막액의 최대 40%가 기존 배양에 의해 어떤 미생물도 발견하지 못했습니다. 우리 연구 그룹은 농흉 환자의 88%가 실제 사례를 반영한 ​​흉막 개입 전에 경험적 항생제를 받았다는 것을 발견했습니다. 흉막액을 혈액배양병에 접종하면 흉막감염에서 배양율을 20%까지 높일 수 있지만 임상에서는 여전히 만족스럽지 못하다. 또한, 비호흡기 검체의 미생물학적 정밀 검사는 종종 유익하지 않습니다. 따라서 치료 과정 전반에 걸친 항생제 사용은 배양 음성 흉막 감염 환자에서 순전히 경험적입니다. 이 문제와 종종 감염의 다중미생물 특성을 극복하기 위해 현재 매우 광범위한 스펙트럼의 제제가 권장됩니다. 반대로, 부적절한 항생제 적용 범위와 세균 배양 정보의 부족은 사망률 증가와 관련이 있습니다.

비배양 분자 연구는 지난 10년 동안 기존 배양의 부족함을 극복하고 흉막 감염의 박테리아 스펙트럼과 항생제 내성 패턴을 단기간에 특성화하고 올바른 임상 결정을 알리기 위해 적용되었습니다. 폐렴 패널을 사용한 다중 PCR(중합 효소 연쇄 반응) 시퀀싱은 일반적으로 폐렴에 관여하는 박테리아를 식별할 수 있습니다. 그러나 흉막 감염의 병인은 지역 사회 획득 폐렴의 완전한 복제가 아니므로 그 유용성이 제한됩니다. 16S ribosomal ribonucleic acid (rRNA) 유전자 시퀀싱은 흉막액에서 더 많은 박테리아, 특히 혐기성 세균을 식별하여 기존 배양 방법을 능가합니다. 낮은 박테리아 바이오매스 및/또는 높은 숙주 게놈 오염이 있는 임상 샘플에 대해 미생물 군집을 스크리닝하는 높은 처리량 및 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 그러나 종 수준에서 마이크로바이옴을 검출하는 데 한계가 있으며 진정한 커뮤니티 구성을 가리는 PCR 편향을 도입할 수 있습니다. Dyrhovden R 등은 확인된 농흉에서 세균학의 스펙트럼을 이해하기 위해 노르웨이에서 최초의 metagenomic 시퀀싱 분석을 수행했습니다. 그들은 385개의 박테리아 검출을 식별한 반면 배양은 38개(10%)를 검출했고 16S rRNA 유전자 PCR/Sanger 기반 시퀀싱은 농흉이 있는 64명의 환자에서 87개(23%)를 검출했습니다. 이러한 결과는 기존 배양법의 단점을 확인시켜 주며 흉막 감염 치료를 위해서는 더 넓은 범위의 항생제가 필요합니다. 그러나 이 metagenomic 연구는 본질적으로 후향적이었고 축농증 환자만을 대상으로 했으며 흉막 감염의 전체 스펙트럼을 반영하지 않았습니다. Chen 등은 기능 분석을 통한 metagenomic 시퀀싱 연구를 사용하여 흉막 감염에서 두 개의 별개의 미생물 군집 클러스터인 Staphylococcus aureus를 핵심 종(HA-SA 유형)으로 식별하고 보다 다양한 미생물 군집(LA-SA 유형)을 식별했습니다. 홍콩 연구에서 발견되는 일반적인 세균학 패턴. 그들은 또한 초기 치료 단계에서 적절한 항생제 요법을 안내하는 데 중요한 테트라사이클린 및 베타-락탐 내성을 포함한 박테리아의 내성을 확인했습니다. 이 두 연구의 해석은 저자가 미생물학적 결과를 환자의 임상 결과와 연관시키지 않았기 때문에 제한적이었습니다. 최근 Kanellakis 등은 다양한 박테리아 스펙트럼을 가진 16S rRNA metagenomic 시퀀싱 분석을 통해 흉막 감염의 우세한 다미생물 특성을 확인했습니다. 그들은 또한 다미생물 및 단일미생물 사례에서 뚜렷한 세균학 스펙트럼을 확인하고 임상 결과와 세균학을 연관시켰습니다.

흉막 감염의 세균학에 지리적 차이가 존재할 수 있고 이전 연구에서 초기 항생제 사용을 정제하는 현대 분자 시퀀싱 기술을 번역하지 않았다는 사실을 감안할 때 더 넓은 metagenomic 시퀀싱 방법을 사용하여 실험실 및 임상 결과를 연결하는 지역 전향 연구가 바람직합니다. 우리는 16S rRNA gene amplicon과 shotgun metagenomic sequencing이 흉막 감염 환자에서 기존의 배양보다 흉막액 내 세균 검출률과 항생제 내성 패턴의 식별률이 더 높다고 가정합니다. 두 가지 분자 시퀀싱 방법의 결과는 상호 보완적이며 초기 항생제 치료를 안내하고 약물 내성의 출현을 최소화하며 미생물학적 스펙트럼을 임상 결과와 연관시키고 분자 기술을 통합하여 대규모 영토 연구를 준비할 수 있습니다. 흉막 감염 관리. 또한 처리 시간이 짧기 때문에 이 기술은 의사에게 매력적이며 궁극적으로 치료 품질을 개선하여 환자에게 도움이 됩니다. 두 가지 분자 시퀀싱 방법의 진단 성능, 기술적 요구 사항 및 비용이 다르기 때문에 이 연구는 기본적인 정보를 제공하고 임상 환경에서 사용을 안내합니다.

지역사회 획득 흉막 감염의 병인은 논란의 여지가 있습니다. 박테리아가 폐 실질을 통해 흉강으로 이동한다는 기존의 믿음은 (1) 폐렴과 흉막 감염에 대한 다양한 원인 병원균, (2) 폐렴의 방사선학적 증거 부재, (3) 혐기성 세균이 빈번하게 존재한다는 점에 의해 도전을 받았습니다. 흉막액 배양에서 발견되지만 높은 산소분압 때문에 정상적인 폐 실질에서는 흔하지 않습니다. 따라서 병원균의 궁극적인 원인을 이해하고 흉막강으로 들어가는 경로를 이해하는 것은 흉막 감염을 예방하고 치료하는 데 중요한 단계입니다. 현재 흉막 감염의 흉막액과 구강 및 위장관의 미생물군을 연관시키는 증거는 매우 제한적입니다.

이 연구의 목적은 흉막 감염에서 원인균의 전체 스펙트럼을 특성화하고 기존 배양, 16S rRNA 유전자 앰플리콘 및 shotgun metagenomic sequencing 간의 병원체 식별의 진단 성능을 비교하는 것입니다. 원인균의 항균제 내성 패턴, 흉막 감염의 임상적 결과도 다른 방법으로 식별된 세균학의 패턴에 따라 분류된 그룹 간에 비교됩니다.