感染性心内膜炎的临床宏基因组学 (Meta-ENDO)

背景和基本原理 感染性心内膜炎 (IE) 是一种心脏瓣膜感染。 IE主要涉及细菌，很少涉及真菌。 IE 是一种罕见的疾病，估计发病率为每年每 100,000 名居民 1-12 例。 IE 的诊断依赖于生物样本（血培养和术前样本）的收集及其在细菌学实验室的培养，称为常规方法。

这个过程自 19 世纪末巴斯德时代以来几乎没有改变，但缺点是只能检测可以在实验室通常条件下生长的细菌。 如果大多数致病菌都可以这样做，那么一些可能与 IE 相关的细菌（例如 Coxiella sp.、Bartonella sp.、Tropheryma whipplei）需要非常特殊的条件才能繁殖。 此外，患者在样本采集前服用抗生素可能会对样本培养产生负面影响。 IE 的诊断是通过考虑一系列临床论据（发烧、微生物风险行为（阳性血培养）、血清学（伯内氏考克斯体）、超声造影术（存在心脏内肿块、脓肿、渗漏和/或瓣膜脱落），所有这些都是确定 IE 确定性的次要和主要标准。 IE 的治疗基于长期抗生素治疗（大多数病例为 4 至 6 周）和瓣膜手术（根据精确适应症）。

然而，在大约 10% 的病例中，血培养仍为阴性。 这些被称为阴性培养 IE，这可能是由于取样前服用的抗生素、不可培养的细菌或无菌现象所致。 然后可以使用包括通过 PCR 扩增然后对 16S RNA 编码基因的一部分进行测序的宽范围 PCR。 它允许识别致病菌，但不提供任何抗生素耐药性的信息。

临床宏基因组学的概念临床宏基因组学被定义为应用高通量测序（NGS），然后通过特定的生物信息学分析来获得临床信息，即病原体鉴定和预测其对抗菌药物的敏感性。 样本的宏基因组（即 存在的生物体的所有基因组）实际上包含细菌学诊断所需的所有信息：什么是致病菌，以及它/它们对哪些抗生素敏感。 临床宏基因组学的概念与 2000 年代中期引入的新 DNA 测序技术并行发展，并且在通量方面比 Sanger 描述的测序方法更有效。 虽然这个概念很有吸引力，但其实施仍然存在许多障碍。 首先，来自细菌感染的临床标本通常含有高浓度的白细胞，其基因组比细菌大约 1000 倍。 因此，临床宏基因组学的第一个限制步骤是需要获得足够的细菌 DNA，以便为测序准备高质量的文库，同时减少在这种情况下不需要测序的人类 DNA 的浓度。 方法是可用的，但它们对临床宏基因组学目的的评估是必要的。 其次，由微生物学家管理的生物信息学数据的复杂性要求尽可能自动化地利用数据以及用户友好的界面，即使正在开发在线平台，今天也不是这种情况。 序列的分类学分配、它们的组装、与抗生素抗性相关的基因和染色体突变的鉴定，以及抗性决定因子和宿主细菌之间联系的建立，是实施临床宏基因组学的额外障碍。 最后，如果获得微生物学家可以利用的结果所需的时间趋于减少，那么它现在与培养的时间相当，但成本要高得多。 然而，排序器制造商之间的持续竞争应该会像过去十年那样保持下降趋势。

在 IE 中使用临床宏基因组学的相关性

因此，出于以下几个原因，在 IE 背景下使用临床宏基因组学似乎是相关的：

• 大多数 IE 是单一微生物的，根据我们的初步结果，这支持了临床宏基因组学的良好表现。
• 由于抗生素预处理和/或在病原体（例如巴尔通体属或柯克斯体属）的常规条件下未培养，在 IE 环境中进行的术中样本培养有时是阴性的，留下了改进的余地。
• IE的治疗是一项长期治疗，需要根据病原体对抗生素的敏感性进行准确诊断。 如果在培养物中未发现病原体，则应对患者使用广谱抗生素，这有治疗失败和毒性的双重风险。 然而，即使在培养阴性的情况下，临床宏基因组学也可以提供有关抗生素敏感性的信息。
• 在大多数情况下，IE的微生物学诊断不是急诊诊断，与临床宏基因组学的使用兼容，实施时间最多为48-72h。

因此，我们建议评估临床宏基因组学在 IE 诊断中的性能。