Clinical Metagenomics of Infective Endocarditis (Meta-ENDO)

Bakgrunn og begrunnelse Infektiv endokarditt (IE) er en infeksjon i hjerteklaffer. IE involverer hovedsakelig bakterier, mer sjelden sopp. IE er en uvanlig sykdom med en estimert forekomst på 1-12 tilfeller per 100 000 innbyggere per år. Diagnostikken av IE er avhengig av innsamling av biologiske prøver (blodkulturer og per-operative prøver) og deres kultur i bakteriologilaboratoriet, referert til som konvensjonelle metoder.

Denne prosessen, praktisk talt uendret siden Pasteurs tid på slutten av 1800-tallet, har den ulempen at den tillater den eneste påvisningen av bakteriene som kan dyrkes under de vanlige forholdene i et laboratorium. Hvis de fleste patogene bakterier kan gjøre det, krever noen bakterier som kan være involvert i IE (f.eks. Coxiella sp., Bartonella sp., Tropheryma whipplei) svært spesifikke forhold for å formere seg. I tillegg kan pasientens tidligere inntak av antibiotika før prøvetakingen påvirke kulturen av prøvene negativt. Diagnosen IE fremkalles ved å vurdere en rekke kliniske argumenter (feber, mikrobiologisk risikoatferd (positiv blodkultur(er), serologi (for Coxiella burnettii), ekkografi (tilstedeværelse av en intra-kardial masse, abscess, lekkasje og/eller desinsertering av en ventil), som alle er mindre og hovedkriterier for å bestemme IE-sikkerheten. Behandlingen av IE er basert på langvarig antibiotika (4 til 6 uker i de fleste tilfeller) og klaffekirurgi (i henhold til presise indikasjoner).

I omtrent 10 % av tilfellene forblir blodkulturene imidlertid negative. Disse er kjent som negativ kultur IE, som kan skyldes antibiotika tatt før prøvetaking, ikke-dyrkbare bakterier eller aseptiske fenomener. Bredspektret PCR som består av amplifisering ved PCR og deretter sekvensering av en fraksjon av det 16S RNA-kodende genet kan deretter brukes. Den tillater identifisering av den patogene bakterien, men gir ikke informasjon om eventuell resistens mot antibiotika.

Begrepet klinisk metagenomikk Klinisk metagenomikk er definert som bruken av high-throughput sekvensering (NGS) etterfulgt av en spesifikk bioinformatikkanalyse for å få klinisk informasjon, det vil si patogenidentifikasjon og prediksjon av deres mottakelighet for antimikrobielle stoffer. Metagenomet til en prøve (dvs. alle genomene til organismene som er tilstede) inneholder praktisk talt all informasjon som er nødvendig for bakteriologisk diagnose: hva er/er de(n) sykdomsfremkallende bakteriene, og hvilke antibiotika den/de er/er mottakelige for. Konseptet med klinisk metagenomikk har utviklet seg parallelt med de nye DNA-sekvenseringsteknologiene som ble introdusert på midten av 2000-tallet og mye mer effektiv med tanke på gjennomstrømming enn sekvenseringsmetoden beskrevet av Sanger. Selv om dette konseptet er attraktivt, er det fortsatt mange hindringer for implementeringen. For det første inneholder kliniske prøver fra bakterielle infeksjoner vanligvis en høy konsentrasjon av leukocytter, hvis genom er omtrent 1000 ganger større enn bakteriers. Dermed er det første begrensende trinnet for klinisk metagenomikk behovet for å oppnå tilstrekkelig bakteriell DNA for å tillate utarbeidelse av kvalitetsbiblioteker for sekvensering, men også for å redusere konsentrasjonen av humant DNA hvis sekvensering er unødvendig i denne sammenhengen. Metoder er tilgjengelige, men deres evaluering for kliniske metagenomiske formål er nødvendig. For det andre krever kompleksiteten til bioinformatikkdataene som skal administreres av en mikrobiolog at data utnyttes mest mulig automatisert sammen med et brukervennlig grensesnitt, noe som ikke er tilfellet i dag selv om det utvikles nettbaserte plattformer. Den taksonomiske tilordningen av sekvenser, deres sammenstilling, identifisering av gener og kromosomale mutasjoner assosiert med antibiotikaresistens, og etablering av en kobling mellom resistensdeterminanten og vertsbakterien er ytterligere hindringer for implementering av klinisk metagenomikk. Til slutt, hvis tiden det tar å oppnå resultater som kan utnyttes av mikrobiologen har en tendens til å avta, er den nå sammenlignbar med kulturen, til en mye høyere pris. Imidlertid bør vedvarende konkurranse mellom sequencer-produsenter opprettholde sin nedgang, slik tilfellet har vært det siste tiåret.

Relevans av bruk av klinisk metagenomikk i IE

Bruken av klinisk metagenomikk i sammenheng med IE virker derfor relevant av flere grunner:

• De fleste IE er monomikrobielle, som støtter den gode ytelsen til klinisk metagenomikk i henhold til våre foreløpige resultater.
• Kulturen av intraoperative prøver utført i en IE-sammenheng er noen ganger negativ, på grunn av antibiotisk forbehandling og/eller ikke-dyrking under rutinemessige forhold for patogenet (f.eks. Bartonella spp eller Coxiella spp.), noe som gir rom for forbedring.
• Behandlingen av IE er en langtidsbehandling som krever nøyaktig diagnose i samsvar med patogeners mottakelighet for antibiotika. Hvis patogenet ikke finnes i kultur, bør bredspektret antibiotika gis til pasienten med dobbel risiko for behandlingssvikt og toksisitet. Klinisk metagenomi kan imidlertid gi informasjon om antibiotikafølsomhet selv ved en negativ kultur.
• I de fleste tilfeller er den mikrobiologiske diagnosen IE ikke en nøddiagnose, som er forenlig med bruk av klinisk metagenomikk der implementeringstiden i beste fall er 48-72 timer.

Derfor foreslår vi å vurdere ytelsen til klinisk metagenomikk i diagnostikk av IE.