당뇨병성 족부 골수염 환자의 발 상처 내 미생물 식별을 위한 새로운 진단 도구 (MinION) (MINI-OS)

당뇨병은 전 세계적으로 가장 흔한 질병 중 하나입니다. 당뇨병 합병증 중, 당뇨병 환자의 34%가 일생 동안 발 궤양을 경험하게 됩니다. 삼중 병증(동맥병증, 신경병증, 면역병증)으로 인해 이러한 병변이 발생하면, 50% 이상의 상처가 감염되어 심각한 결과를 초래합니다: 골 손상(60~80%의 경우), 절단(감염된 상처의 20%), 사망률(5년 후 68%) 및 이환율. 이 상태와 관련된 추가 비용은 전 세계적으로 8,500억 달러를 초과하며, 미국에서는 이러한 상처 합병증으로 인해 30초마다 100만 달러가 지출됩니다. 따라서 당뇨병성 발 궤양(DFU)은 주요 공중보건 문제입니다.

감염병 전문가들에게 있어, 이러한 상처 감염 치료의 주요 어려움 중 하나는 세균 집락화(생리적 과정)와 감염(병리적 과정)을 구별하는 것입니다. 당뇨병 환자의 발 상처 미생물군집 연구는 이러한 병변이 피부 미생물군집의 공생 세균, 기회성 병원성 세균 및 환경 세균을 포함하는 다중 미생물 특성을 보여줍니다. 그람 양성 구균 중, 황색포도상구균은 당뇨병성 발 골수염(DFO)에서 가장 흔히 확인되는 종(23.4%)이며, 다음으로 슈도모나스 spp. (11.1%), 대장균(11.5%), 프로테우스 spp. (8.3%), 클렙시엘라 spp. (6.9%), 엔테로코커스 spp. (5.4%)입니다. 응고효소 음성 포도상구균은 감염의 4% 미만에 관여하지만, 일부가 병원성으로 알려져 있음에도 불구하고 종 수준에서 질량 분석법으로 식별하기 어려운 경우가 많습니다. 다른 주요 어려움은 골수염이 의심될 때 결과를 얻는 데 걸리는 시간입니다. 이러한 상황에서 골 시료를 채취하는 것은 표준 방법이며, 원인 병원체와 항생제 감수성을 확인하는 최선의 방법입니다. 국제 당뇨병성 발 작업 그룹(IWGDF)이 2023년 권고한 바와 같이, 골 생검은 수술 중 또는 경피적으로 수행될 수 있습니다. 또한, 위음성 배양을 피하기 위해 전문가들은 이미 항생제를 복용 중인 환자에서 골 생검을 지연시키는 것을 제안하며, 이상적으로는 최소 2주 동안 지연할 것을 권장합니다. 미생물학 실험실에서, 전통적인 미생물학적 배양에 기반한 표준 진단은 원인 세균을 식별하고 해당 병원체에 대한 항생제 감수성 검사를 수행하는 데 최대 2주가 소요될 수 있으며, 진단을 확립하는 총 시간이 4주에 이릅니다.이 지연을 줄이기 위해, 특정 배양 없이 수행되는 분자 미생물학 기술, 특히 메타지노믹 차세대 염기서열 분석(mNGS)은 대부분의 상처 감염 미생물군집이 전통적인 배양 방법으로 밝혀진 것보다 더 다양하고 풍부하다는 것을 보여주었습니다. 그러나 DFOM 골 생검에 대한 메타지노믹 데이터는 매우 적습니다. 분자 생물학 도구는 살아있는 세균과 죽은 세균 세포를 구별할 수 없으며 감염의 임상 상태에 기여하는 세균 속을 식별할 수 없기 때문에, IWGDF와 SPILF(프랑스어권 감염병 학회)는 일상 진료에서의 사용을 권장하지 않으며, 그 결과가 광범위 항생제의 불필요한 사용으로 이어질 수 있습니다. 당뇨병 환자의 발 상처 골 생검, 연조직 생검 및 면봉의 메타지노믹 분석에 기반한 최근 연구는 미생물 다양성을 감염의 표지자로 확인했습니다. 확인된 감염 사례에 관여하는 세균 수는 70종 이상으로 추정되며, 이는 전통적인 일상 방법으로 달성하기 어려운 수치입니다. 16S rRNA를 암호화하는 유전자의 증폭에 기반한 PCR 사용은 DFOM 샘플의 빈번한 다중 미생물 특성으로 인해 부적합한 것으로 간주됩니다. 멀티플렉스 PCR 방법은 모든 병원체를 식별하는 데 포괄적이지 않습니다. 마지막으로, 전통적인 배양 방법은 시간이 많이 소요되는 경우가 많으며, MALDI-TOF 질량 분석법과 같은 실험실 방법을 사용한 종 식별은 종종 혼란 또는 실패의 원인이 됩니다. 최근에 새로운 고속 염기서열 분석 도구가 개발되었습니다: MinION. 이 도구는 작고 빠르며, 단일 미생물 샘플에서 4시간 이내에 세균 또는 바이러스 게놈을 염기서열 분석하거나, 더 복잡한 샘플에 존재하는 미생물 패널을 결정할 수 있습니다. 이 도구는 특히 뇌척수액에 유용합니다.