nSeP: обнаружение неонатального сепсиса с помощью анализа иммуно-метаболической сети (nSeP)

Несколько исследований показали, что изменения в экспрессии генов-хозяев могут происходить досимптомно в ответ на инфекцию в любой части тела, при этом постоянное взаимодействие между кровью и тканью позволяет клеткам крови действовать как биосенсоры для изменений (Manger and Relman, 2000). , Лью и др., 2006). Полногеномный анализ обнаруживает координированную экспрессию, которая развивает сети, причинно связанные посредством путей.

Более ранние исследования нашей группы, посвященные изучению оптимальных методов отбора проб и экстракции неонатальных продуктов цельной транскрипции (РНК), продемонстрировали первые технико-экономические обоснования использования полногеномного анализа РНК в качестве методологического подхода для выявления биомаркеров инфекции хозяина и вакцинации в раннем возрасте (Smith et al. и др., 2007; Фланаган и др., 2013). Методы отбора проб были усовершенствованы в 2015 году с разработкой методологии одной капли, которая была тщательно протестирована в самых разных условиях, включая сбор неонатальных образцов в домашних условиях во время тестирования Гатри акушерками. Подробная информация об этих методах была недавно представлена ​​в журнале Nature Protocols. Кроме того, мы провели ранние виртуальные клинические испытания с использованием суперкомпьютерной среды, которая имитировала несколько 100 000 образцов цельной крови новорожденных для прогнозирования инфекции (Khondoker et al., 2010). Эти исследования показали потребность в множественных маркерах и, в идеале, в дискретных биологических путях, лежащих в основе причинно-следственной связи (Khondoker et al., 2010, Watterson and Ghazal, 2010). Эти исследования заложили прочную основу для инициирования неонатального сепсиса методом «случай-контроль» (Dickinson et al., 2015). Соответственно, мы были первой группой, опубликовавшей исследования системного иммунного ответа у новорожденных на сепсис путем измерения активности всех известных генов человека (Smith et al., Nature, comm. 2014). Эти интенсивные вычислительные исследования привели к раскрытию, в первый раз, биологии пути, лежащего в основе неонатального сепсиса, с образцами крови, взятыми при первых клинических признаках подозрения на инфекцию. Комбинация машинного обучения, статистического анализа и глубокого биологического анализа привела к идентификации панели из 52 генов биологически связанных сетевых модулей. Модули включают три центральных пути: врожденно-иммунный или воспалительный, адаптивно-иммунный и неожиданно метаболический. Уровни экспрессии определенных комбинаций биомаркеров, особенно тех, которые ранее не были связаны с иммунными ответами, дают необычно высокое диагностическое качество. Несмотря на неоднородность пациентов, двойная сеть биомаркеров из 52 узлов имела точность более 99% для обнаружения бактериальной инфекции со 100% чувствительностью, демонстрируя превосходную эффективность по сравнению с ранее охарактеризованными маркерами. Кроме того, эти специфические комбинации биомаркеров позволили обнаружить неонатальный сепсис в образцах с отрицательными результатами посева крови, что иллюстрирует специфические диагностические преимущества конкретных комбинаций биомаркеров. Неожиданно высокие значения точности и чувствительности не могли быть результатом исследования отдельных биомаркеров и не могли быть предсказаны. Важнейшей частью этих результатов является требование метаболических путей для повышения как чувствительности, так и специфичности. Подмножество метаболических маркеров включает лиганды (в частности, жирные кислоты с малой и средней длиной цепи), которые образуются в результате микробного метаболизма, в частности от комменсалов, и которые отражаются в фекальном микробиоме. На сегодняшний день эти исследования обеспечивают доказательство концепции, но нуждаются в независимых подтверждающих исследованиях, а также в изучении специфичности в отношении небактериальных (вирусных и грибковых) инфекций и стерильного воспаления. Неотложный нерешенный медицинский вопрос заключается в том, можно ли использовать предсказуемые пути заражения хозяина, чтобы сначала определить, инфицирован ли пациент во время или до клинической картины, а также для дальнейшего различения типа инфекции (в частности, бактериальной или вирусной) и предсказуемости сепсиса.