nSeP: Påvisning av neonatal sepsis ved immunmetabolsk nettverksanalyse (nSeP)

Flere studier har vist at endringer i vertsgenuttrykk kan oppstå presymptomatisk som respons på infeksjon i hvilken som helst del av kroppen, med den kontinuerlige interaksjonen mellom blod og vev som gjør at blodceller kan fungere som biosensorer for endringene (Manger og Relman, 2000) , Liew et al., 2006). Genomomfattende analyse avslører koordinert uttrykk som utvikler nettverk kausalt knyttet gjennom veier.

Tidligere studier fra vår gruppe som undersøkte optimale metoder for prøvetaking og ekstraksjon av neonatale hele transkripsjonsprodukter (RNA) demonstrerte de første mulighetsstudiene for bruk av genomomfattende RNA-analyse som en metodisk tilnærming for å identifisere vertsbiomarkører for infeksjon og vaksinasjon i tidlig liv (Smith et al. al., 2007, Flanagan et al., 2013). Prøvetakingsmetodene ble ytterligere foredlet i 2015 med utviklingen av en enkeltdråpemetodikk som har blitt grundig testet i et bredt spekter av miljøer, inkludert innsamling av neonatale prøver i hjemmet, på tidspunktet for Guthrie-testing av jordmødre. Detaljer om disse metodene har nylig blitt sendt til tidsskriftet Nature Protocols. Videre utførte vi tidlige virtuelle kliniske studier ved å bruke et superdatabehandlingsrammeverk som simulerte flere 100 000 neonatale fullblodprøver for å forutsi infeksjon (Khondoker et al., 2010). Disse undersøkelsene viste behovet for flere markører og ideelt sett i diskrete biologiske veier som underbygger årsakssammenheng (Khondoker et al., 2010, Watterson og Ghazal, 2010). Disse undersøkelsene ga et sterkt grunnlag for å starte en sakskontroll av neonatal sepsis (Dickinson et al., 2015). Følgelig var vi den første gruppen som publiserte studier som undersøkte den systemiske immunresponsen hos nyfødte på sepsis ved å måle aktiviteten til alle kjente menneskelige gener (Smith et al. Nature comm. 2014). Disse beregningsintensive undersøkelsene førte til å avdekke, for første gang, veibiologien som ligger til grunn for neonatal sepsis med blodprøver tatt ved de første kliniske tegnene på mistanke om en infeksjon. En kombinasjon av maskinlæring, statistiske og dype banebiologiske analyser førte til identifiseringen av et 52-geners panel av biologisk koblede nettverksmoduler. Modulene omfatter tre sentrale veier, medfødt-immun eller inflammatorisk, adaptiv-immun og uventet metabolsk. Ekspresjonsnivåene til bestemte kombinasjoner av biomarkører, og spesifikt de av en vei som tidligere ikke var koblet til immunresponser, gir en uvanlig høy diagnostisk kvalitet. Til tross for pasientens heterogenitet, hadde 52-knutedobbelt biomarkørnettverket mer enn 99 % nøyaktighet for å oppdage bakteriell infeksjon med 100 % følsomhet som viste overlegen ytelse i forhold til tidligere karakteriserte markører. Videre tillot disse spesifikke kombinasjonene av biomarkører påvisning av neonatal sepsis i prøver som hadde vist negative resultater for blodkultur, noe som illustrerer de spesifikke diagnostiske fordelene med de spesielle kombinasjonene av biomarkører. De uventet høye nøyaktighets- og sensitivitetsverdiene kunne ikke vært et resultat av undersøkelsen av noen av de individuelle biomarkørene alene, og de kunne heller ikke vært forutsagt. En kritisk del av disse funnene er kravet om metabolske veier for å øke både sensitivitet og spesifisitet. En undergruppe av de metabolske markørene omfatter ligander (spesifikt små- og mellomkjedede fettsyrer) som er avledet fra mikrobiell metabolisme, spesielt fra kommensaler og som reflekteres i avføringsmikrobiomet. Til dags dato gir disse studiene et proof of concept, men trenger uavhengige bekreftende studier samt undersøker spesifisitet mot ikke-bakterielle (virale og sopp)infeksjoner og steril betennelse. Det presserende uoppfylte medisinske spørsmålet er om prediktive vertsveier for infeksjon kan brukes til først å identifisere om en pasient er infisert ved eller før klinisk presentasjon og for ytterligere å skille mellom type infeksjon (spesielt bakteriell eller viral) og forutsigbarhet av sepsis.