Ускоренная диагностика возбудителей сепсиса

Микробные патогены можно однозначно диагностировать всего за 24 часа с помощью высокопроизводительного секвенирования их генома и специальных биоинформатических алгоритмов оценки. Исследователи Fraunhofer подтвердили это в клиническом исследовании с пациентами с сепсисом.

Ежегодно в Германии сепсисом заболевают около 150 000 человек, и от 30 до 50% пациентов умирают от его последствий. Одна из причин высокой смертности — поздняя диагностика, которая задерживает жизненно важную терапию антибиотиками, нацеленными на конкретного возбудителя. Обычно патогены сепсиса выявляют с помощью культур крови, на что уходит 2–5 дней.

Быстрая идентификация бактерий, вирусов и грибов

Исследователи Fraunhofer IGB разработали альтернативную диагностическую платформу. Она позволяет идентифицировать бактерии, грибы или вирусы напрямую с помощью анализа последовательности их ДНК — без предварительного культивирования в лаборатории.

В клиническом исследовании с Университетской клиникой Гейдельберга учёные идентифицировали инфекционные микроорганизмы с помощью высокопроизводительного секвенирования свободно циркулирующей ДНК в крови (CNAPS).

«С нашим методом диагностики на основе секвенирования нового поколения мы смогли определить в течение всего 24 часов, какими патогенами были инфицированы пациенты», — объясняет д-р Кай Зон.

Преимущества метода:

• Не требует культивирования микроорганизмов.
• Позволяет выявлять патогены, которые сложно вырастить в лаборатории.
• Одновременно идентифицирует бактерии, вирусы и грибы.
• Даёт качественные и количественные результаты, позволяя отслеживать размножение патогенов и реакцию на терапию.

Биоинформатические алгоритмы выявляют релевантные патогены

Более 99% свободно циркулирующей ДНК в плазме крови имеет человеческое происхождение. Для поиска патогенов исследователи используют специальное ПО для сравнения секвенированных фрагментов с геномной базой данных.

Ключевой вызов — определить, является ли найденный микроорганизм причиной сепсиса. Биоинформатик Филип Стивенс разработал специальный алгоритм (на него подана заявка на патент), который сравнивает результаты секвенирования с данными из крови здоровых людей.

«Таким образом, алгоритм предоставляет нам оценку, с помощью которой мы можем определить значимость данных и исключить микробный "фоновый шум"… как диагностически релевантные патогены», — объясняет Стивенс.

Клиническое исследование показало, что вычисленные диагнозы тесно коррелировали с результатами культур крови.

Выявление устойчивости к антибиотикам

Высокопроизводительное секвенирование позволяет в том же анализе идентифицировать как биологический вид патогена, так и его гены устойчивости к антибиотикам (например, метициллину, ванкомицину или тетрациклину).

Дальнейшее развитие

Учёные работают над сокращением времени диагностики, исследуя перенос метода на новые платформы секвенирования, например, нанопоровое секвенирование. Это может позволить проводить специфическую диагностику инфекций в течение 6–8 часов.

В 2017 году запланировано многоцентровое валидационное исследование с ведущими клиническими партнерами.