Метагеномное исследование парапневмонического выпота

Парапневмонический выпот (ППЭ) является распространенной и серьезной клинической проблемой. Среди пациентов, страдающих внебольничной пневмонией, до 57% разовьют парапневмонический выпот (ППЭ), а у 7,2% - осложненный парапневмонический выпот (СРПЭ) и эмпиему. Последние два, известные под общим названием плевральная инфекция, связаны с длительным пребыванием в больнице, высокими показателями госпитализации в отделения интенсивной терапии, серьезной заболеваемостью и смертностью.

Краеугольным камнем лечения плевральной инфекции является своевременное назначение соответствующих антибиотиков и адекватный дренаж плевральной жидкости. Однако первоначальный выбор антибиотиков почти всегда является эмпирическим и может быть скорректирован только после получения положительных результатов микробиологического исследования плевральной жидкости или соответствующих образцов. Действительно, неадекватное понимание местной бактериологии, характера лекарственной устойчивости и отсутствие местных рекомендаций по эмпирическому охвату антибиотиками при плевральной инфекции привели к неоднородному назначению антибиотиков, что является значительным фактором риска возникновения лекарственной устойчивости (например, увеличение заболеваемость метициллин-резистентным Staphylococcus aureus), осложнения антибиотикотерапии (например, инфекции Clostridium difficile) и неблагоприятные исходы для пациентов.

Обычная культура плеврального выпота считается неотъемлемой частью алгоритма лечения, но она имеет два критических недостатка, которые могут ограничивать клиническую помощь:

1. Длительное время обработки Хотя результаты окрашивания по Граму обычно можно получить в течение одного дня, окончательные результаты посева и данные о чувствительности к противомикробным препаратам возвращаются только через пять дней. В случае, если плевральная инфекция не находится под контролем в ожидании результатов посева, врачи вслепую увеличивают покрытие антибиотиками или приступают к дополнительным плевральным вмешательствам, которых можно избежать, если микробиологические результаты могут быть доступны на ранней стадии. Отсроченное возвращение картины лекарственной чувствительности может привести к первоначальному использованию несогласованных антибиотиков, что произошло у 17–24% пациентов в двух местных когортах.
2. Отрицательный посев плевральной жидкости часто встречается при плевральной инфекции. До 40% плевральной жидкости при плевральной инфекции не удалось выявить какие-либо микроорганизмы с помощью обычного посева из-за невозможности культивирования прихотливых микроорганизмов и лечения антибиотиками перед забором плевральной жидкости. Наша исследовательская группа обнаружила, что 88% пациентов с эмпиемой получали эмпирическую антибиотикотерапию до любого плеврального вмешательства, что отражает реальную практику. Хотя инокуляция плевральной жидкости во флакон для гемокультуры может увеличить выход культуры при плевральной инфекции на 20%, в клинической практике она все еще далека от удовлетворительной. Кроме того, микробиологическая обработка нереспираторных образцов часто неинформативна. Таким образом, использование антибиотиков на протяжении всего курса лечения является чисто эмпирическим у пациентов с культурально-отрицательной плевральной инфекцией. Чтобы преодолеть эту проблему и часто полимикробную природу инфекций, в настоящее время рекомендуются агенты очень широкого спектра действия. Напротив, отсутствие информации о бактериальных культурах при недостаточном охвате антибиотиками было связано с повышенным уровнем смертности.

Внекультуральные молекулярные исследования были применены для преодоления недостатков традиционных культур в последнее десятилетие, для характеристики спектра бактерий при плевральной инфекции и картины устойчивости к антибиотикам в течение короткого периода времени и для принятия правильных клинических решений. Секвенирование мультиплексной ПЦР (полимеразной цепной реакции) с панелью пневмонии позволяет идентифицировать бактерии, которые обычно вызывают пневмонию. Однако этиология плевральной инфекции не полностью повторяет внебольничную пневмонию, что ограничивает ее полезность. Секвенирование гена 16S рибосомальной рибонуклеиновой кислоты (рРНК) превосходит традиционный метод культивирования за счет выявления большего количества бактерий, особенно анаэробов, в плевральной жидкости. Он обеспечивает высокопроизводительное и экономичное решение для скрининга сообщества микробиоты на наличие клинических образцов с низкой бактериальной биомассой и/или высоким геномным загрязнением хозяина. Тем не менее, он имеет ограничения в обнаружении микробиома на уровне видов и может привести к систематической ошибке ПЦР, которая маскирует истинный состав сообщества. Dyrhovden R et al. выполнили первый анализ метагеномного секвенирования в Норвегии, чтобы понять спектр бактериологии подтвержденной эмпиемы. Они идентифицировали 385 бактериальных обнаружений, тогда как культура выявила 38 (10%), а ПЦР / секвенирование на основе гена 16S рРНК выявило 87 (23%) у 64 пациентов с эмпиемой. Такие результаты подтвердили недостаток традиционного метода посева и необходимость более широкого охвата антибиотиками для лечения плевральной инфекции. Однако это метагеномное исследование носило ретроспективный характер, охватывало только пациентов с эмпиемой и не отражало весь спектр плевральной инфекции. Chen и соавт. использовали исследование метагеномного секвенирования с функциональным анализом и определили два различных кластера микробиома при плевральной инфекции: Staphylococcus aureus в качестве основного вида (тип HA-SA) и более разнообразное микробное сообщество (тип LA-SA), которое отличается от обычная бактериологическая картина, обнаруженная в исследованиях в Гонконге. Они также определили резистентность бактерий, включая устойчивость к тетрациклину и бета-лактамам, что важно для определения соответствующего режима антибиотикотерапии на начальном этапе лечения. Интерпретация этих двух исследований была ограничена, поскольку авторы не соотносили микробиологические результаты с клиническими результатами пациентов. Недавно Kanellakis et al подтвердили преимущественно полимикробную природу плевральной инфекции с помощью анализа метагеномного секвенирования 16S рРНК с разнообразным бактериальным спектром. Они также определили различную бактериологию в полимикробных и мономикробных случаях и сопоставили бактериологию с клиническими исходами.

Учитывая тот факт, что могут существовать географические различия в бактериологии плевральной инфекции, а предыдущие исследования не использовали современные технологии молекулярного секвенирования для уточнения первоначального использования антибиотиков, желательно провести локальное проспективное исследование, связывающее лабораторные и клинические данные с использованием более широких методов метагеномного секвенирования. Мы предполагаем, что ампликон гена 16S рРНК и метагеномное секвенирование дробовика имеют более высокую скорость обнаружения бактерий в плевральной жидкости и идентификацию паттернов устойчивости к антибиотикам, чем обычная культура у пациентов с плевральной инфекцией. Результаты двух методов молекулярного секвенирования дополняют друг друга и могут направлять начальное лечение антибиотиками, сводить к минимуму возникновение лекарственной устойчивости, коррелировать микробиологический спектр с клиническими исходами и готовиться к крупномасштабному территориальному исследованию путем включения молекулярной технологии в Лечение плевральной инфекции. Короткое время выполнения работ также делает эту технологию привлекательной для врачей и, в конечном счете, приносит пользу пациенту, повышая качество лечения. Поскольку диагностическая эффективность, технические требования и стоимость двух методов молекулярного секвенирования различаются, это исследование предоставит фундаментальную информацию и руководство по их использованию в клинических условиях.

Патогенез внебольничной плевральной инфекции неоднозначен. Традиционное мнение о бактериальной трансмиграции через паренхиму легкого в плевральную полость было поставлено под сомнение (1) различным спектром возбудителей пневмонии и плевральной инфекции, (2) отсутствием рентгенологических признаков пневмонии и (3) анаэробами. обнаруживаются в культуре плевральной жидкости, но редко встречаются в нормальной паренхиме легких из-за высокого напряжения кислорода. Таким образом, понимание конечного источника патогенов и пути их проникновения в плевральную полость является важным шагом в профилактике и лечении плевральной инфекции. В настоящее время имеется очень мало данных, связывающих микробиоту плевральной жидкости с плевральной инфекцией, а также в ротовой полости и желудочно-кишечном тракте.

Цель исследования — охарактеризовать полный спектр бактерий, вызывающих плевральную инфекцию, и сравнить диагностическую эффективность выявления патогенов между обычной культурой, ампликоном гена 16S рРНК и метагеномным секвенированием дробовика. Характер резистентности бактерий-возбудителей к противомикробным препаратам, клинические исходы плевральной инфекции также будут сравниваться между группами, классифицированными по характеру бактериологии, выявленному различными методами.