nSeP: Wykrywanie sepsy u noworodków za pomocą analizy sieci immunologicznej i metabolicznej (nSeP)

Kilka badań wykazało, że zmiany w ekspresji genów gospodarza mogą wystąpić przed objawami w odpowiedzi na infekcję w dowolnej części ciała, przy ciągłej interakcji między krwią a tkanką, co pozwala komórkom krwi działać jako bioczujniki zmian (Manger i Relman, 2000). , Liew i in., 2006). Analiza całego genomu ujawnia ekspresję koordynacyjną, która rozwija sieci powiązane przyczynowo poprzez szlaki.

Wcześniejsze badania naszej grupy badające optymalne metody pobierania próbek i ekstrakcji produktów całej transkrypcji (RNA) noworodków wykazały pierwsze studia wykonalności wykorzystania analizy RNA całego genomu jako podejścia metodologicznego do identyfikacji biomarkerów infekcji i szczepień gospodarza we wczesnym okresie życia (Smith i in. in., 2007, Flanagan i in., 2013). Metody pobierania próbek zostały udoskonalone w 2015 r. wraz z opracowaniem metodologii pojedynczej kropli, która została gruntownie przetestowana w szerokim zakresie warunków, w tym podczas pobierania próbek od noworodków w domu, w momencie przeprowadzania testów Guthrie przez położne. Szczegóły tych metod zostały niedawno przesłane do czasopisma Nature Protocols. Ponadto przeprowadziliśmy na wczesnym etapie wirtualne badania kliniczne przy użyciu platformy superkomputerowej, która symulowała kilka 100 000 próbek krwi pełnej noworodków w celu przewidywania infekcji (Khondoker i in., 2010). Badania te wykazały zapotrzebowanie na wiele markerów i najlepiej w dyskretnych ścieżkach biologicznych leżących u podstaw przyczynowości (Khondoker i in., 2010, Watterson i Ghazal, 2010). Badania te dostarczyły mocnych podstaw do zainicjowania kontroli przypadku posocznicy noworodków (Dickinson i in., 2015). W związku z tym byliśmy pierwszą grupą, która opublikowała badania dotyczące ogólnoustrojowej odpowiedzi immunologicznej u noworodków na posocznicę, mierząc aktywność wszystkich znanych ludzkich genów (Smith i wsp. 2014). Te intensywne obliczeniowo badania doprowadziły po raz pierwszy do odkrycia biologicznego szlaku leżącego u podstaw sepsy noworodków z próbkami krwi pobranymi przy pierwszych klinicznych oznakach podejrzenia infekcji. Połączenie uczenia maszynowego, analiz statystycznych i biologii głębokich szlaków doprowadziło do identyfikacji panelu 52 genów biologicznie połączonych modułów sieciowych. Moduły obejmują trzy centralne szlaki, wrodzoną odporność lub zapalenie, adaptacyjną odporność i nieoczekiwanie metaboliczną. Poziomy ekspresji poszczególnych kombinacji biomarkerów, a zwłaszcza szlaku wcześniej niezwiązanego z odpowiedziami immunologicznymi, dają niezwykle wysoką jakość diagnostyczną. Pomimo heterogeniczności pacjentów, 52-węzłowa sieć podwójnych biomarkerów miała ponad 99% dokładność w wykrywaniu infekcji bakteryjnych ze 100% czułością, wykazując lepszą wydajność niż wcześniej scharakteryzowane markery. Co więcej, te specyficzne kombinacje biomarkerów umożliwiły wykrycie posocznicy noworodków w próbkach, które wykazały negatywne wyniki posiewów krwi, co ilustruje specyficzne korzyści diagnostyczne poszczególnych kombinacji biomarkerów. Nieoczekiwanie wysokie wartości dokładności i czułości nie mogły wynikać z samego badania żadnego z poszczególnych biomarkerów ani nie można ich było przewidzieć. Krytyczną częścią tych odkryć jest wymóg szlaków metabolicznych dla zwiększenia zarówno czułości, jak i swoistości. Podzbiór markerów metabolicznych obejmuje ligandy (szczególnie małe i średniołańcuchowe kwasy tłuszczowe), które pochodzą z metabolizmu drobnoustrojów, w szczególności z komensali i które znajdują odzwierciedlenie w mikrobiomie kałowym. Do chwili obecnej badania te stanowią potwierdzenie słuszności koncepcji, ale wymagają niezależnych badań potwierdzających, a także zbadania specyficzności przeciwko infekcjom niebakteryjnym (wirusowym i grzybiczym) oraz sterylnemu zapaleniu. Pilnym nierozstrzygniętym pytaniem medycznym jest to, czy przewidywane drogi infekcji gospodarza mogą być wykorzystane do pierwszego określenia, czy pacjent jest zakażony w momencie wystąpienia klinicznego lub przed nim, oraz do dalszego rozróżnienia między typem zakażenia (w szczególności bakteryjnym lub wirusowym) a przewidywalnością sepsy.