Klinische metagenomica van infectieuze endocarditis (Meta-ENDO)

Achtergrond en grondgedachte Infectieuze endocarditis (IE) is een infectie van hartkleppen. Bij IE gaat het vooral om bacteriën, zelden om schimmels. IE is een zeldzame ziekte met een geschatte incidentie van 1-12 gevallen per 100.000 inwoners per jaar. De diagnostiek van IE berust op het verzamelen van biologische monsters (bloedkweken en peroperatieve monsters) en hun kweek in het bacteriologisch laboratorium, ook wel conventionele methoden genoemd.

Dit proces, dat vrijwel ongewijzigd is sinds de tijd van Pasteur aan het einde van de 19e eeuw, heeft het nadeel dat het de enige detectie mogelijk maakt van de bacteriën die kunnen worden gekweekt onder de gebruikelijke omstandigheden van een laboratorium. Als de meeste pathogene bacteriën dit kunnen, vereisen sommige bacteriën die mogelijk betrokken zijn bij IE (bijv. Coxiella sp., Bartonella sp., Tropheryma whipplei) zeer specifieke omstandigheden om zich te vermenigvuldigen. Bovendien kan de eerdere inname van antibiotica door de patiënt vóór de monsterafname de kweek van de monsters negatief beïnvloeden. De diagnose IE wordt gesteld door het overwegen van een reeks klinische argumenten (koorts, microbiologisch risicogedrag (positieve bloedkweek(ken), serologie (voor Coxiella burnettii), echografie (aanwezigheid van een intracardiale massa, abces, lekkage en/of verwijdering van een klep), die allemaal kleine en grote criteria zijn voor het bepalen van de zekerheid van IE. De behandeling van IE is gebaseerd op langdurige antibiotica (4 tot 6 weken voor de meeste gevallen) en klepchirurgie (volgens precieze indicaties).

In ongeveer 10% van de gevallen blijven de bloedkweken echter negatief. Deze staan ​​bekend als negatieve kweek IE, die te wijten kan zijn aan antibiotica die vóór de bemonstering zijn ingenomen, aan niet-kweekbare bacteriën of aan aseptische verschijnselen. De PCR met breed bereik, die bestaat uit amplificatie door PCR en vervolgens sequentiebepaling van een fractie van het voor 16S RNA coderende gen, kan dan worden gebruikt. Het maakt de identificatie van de pathogene bacterie mogelijk, maar geeft geen informatie over eventuele resistentie tegen antibiotica.

Concept van klinische metagenomics Klinische metagenomics wordt gedefinieerd als de toepassing van high-throughput sequencing (NGS) gevolgd door een specifieke bioinformatica-analyse om klinische informatie te verkrijgen, d.w.z. identificatie van pathogenen en de voorspelling van hun gevoeligheid voor antimicrobiële stoffen. Het metagenoom van een monster (d.w.z. alle genomen van de aanwezige organismen) bevat vrijwel alle informatie die nodig is voor bacteriologische diagnose: wat is/zijn de ziekmakende bacterie(n), en voor welke antibiotica is/zijn deze vatbaar. Het concept van klinische metagenomica heeft zich ontwikkeld parallel met de nieuwe DNA-sequencingtechnologieën die halverwege de jaren 2000 zijn geïntroduceerd en veel efficiënter in termen van doorvoer dan de sequencingmethode beschreven door Sanger. Hoewel dit concept aantrekkelijk is, zijn er nog veel obstakels voor de implementatie ervan. Ten eerste bevatten klinische monsters van bacteriële infecties meestal een hoge concentratie leukocyten, waarvan het genoom ongeveer 1000 keer groter is dan dat van bacteriën. De eerste beperkende stap voor klinische metagenomica is dus de noodzaak om voldoende bacterieel DNA te verkrijgen om de voorbereiding van kwaliteitsbibliotheken voor sequentiebepaling mogelijk te maken, maar ook om de concentratie van menselijk DNA te verminderen waarvan de sequentiebepaling in deze context niet nodig is. Methoden zijn beschikbaar, maar hun evaluatie voor klinische metagenomics-doeleinden is noodzakelijk. Ten tweede vereist de complexiteit van de bio-informaticagegevens die door een microbioloog moeten worden beheerd, dat gegevens zo geautomatiseerd mogelijk moeten worden gebruikt, samen met een gebruiksvriendelijke interface, wat vandaag niet het geval is, zelfs niet als er online platforms worden ontwikkeld. De taxonomische toewijzing van sequenties, hun assemblage, de identificatie van genen en chromosomale mutaties geassocieerd met antibioticaresistentie, en het leggen van een verband tussen de resistentiedeterminant en de gastheerbacterie zijn extra obstakels voor de implementatie van klinische metagenomica. Ten slotte, als de tijd die nodig is om resultaten te verkrijgen die door de microbioloog kunnen worden geëxploiteerd, de neiging heeft om af te nemen, is deze nu vergelijkbaar met die van cultuur, tegen veel hogere kosten. De aanhoudende concurrentie tussen fabrikanten van sequencers zou echter hun achteruitgang moeten voortzetten, zoals het geval was in het afgelopen decennium.

Relevantie van het gebruik van klinische metagenomica in IE

Het gebruik van klinische metagenomics in de context van IE lijkt daarom om verschillende redenen relevant:

• De meeste IE zijn monomicrobieel, wat volgens onze voorlopige resultaten de goede prestaties van klinische metagenomics ondersteunt.
• De cultuur van intra-operatieve monsters uitgevoerd in een IE-context is soms negatief, als gevolg van voorbehandeling met antibiotica en/of niet-kweek onder de routinematige omstandigheden van de ziekteverwekker (bijv. Bartonella spp of Coxiella spp.), waardoor er ruimte is voor verbetering.
• De behandeling van IE is een langetermijnbehandeling die een nauwkeurige diagnose vereist in overeenstemming met de gevoeligheid van pathogenen voor antibiotica. Als de ziekteverwekker niet in kweek wordt gevonden, moeten breedspectrumantibiotica aan de patiënt worden toegediend met een dubbel risico op falen van de behandeling en toxiciteit. Klinische metagenomica zou echter informatie kunnen geven over de gevoeligheid voor antibiotica, zelfs in het geval van een negatieve kweek.
• In de meeste gevallen is de microbiologische diagnose van IE geen nooddiagnose, die verenigbaar is met het gebruik van klinische metagenomica waarvoor de implementatietijd maximaal 48-72 uur is.

Daarom stellen we voor om de prestaties van klinische metagenomica bij de diagnostiek van IE te beoordelen.