В погоне за точным диагнозом болезни врачи традиционно использовали несколько методов, включая культивирование образцов пациентов на самых разных средах, просмотр бесчисленных медицинских карт и анализ клинических данных с использованием сложных математических алгоритмов, чтобы попытаться идентифицировать бактерию, вирус, грибок. или другой патоген, ответственный за инфекцию. Охота часто бывает медленной и трудоемкой, а используемые процессы могут быть недостаточно широкими для обнаружения конкретных возбудителей болезней.
Согласно результатам недавнего исследования, проведенного исследователями из Университета Джона Хопкинса, одним из решений может быть секвенирование следующего поколения (NGS). NGS позволяет клиницистам одновременно секвенировать несколько нитей ДНК, обнаруженных в образцах пациентов, и использовать этот анализ для быстрой и точной идентификации одного патогена из сотен подозреваемых.
В статье, впервые опубликованной в Интернете 13 июня 2022 года в Журнале клинической микробиологии Американского общества микробиологии , исследователи сравнили способность обнаружения патогенов системой NGS — панелью инфекционных заболеваний респираторных патогенов/резистентности к противомикробным препаратам (RPIP) — с ранее изучали методы диагностики системы NGS и стандарта медицинской помощи (SOC) для образцов, полученных при бронхоальвеолярном лаваже . При этом бронхоскоп вводится через рот или нос в легкие, после чего собирается промывная жидкость для исследования.
Исследователи считают, что их исследование является одним из первых, в котором проводится сравнение NGS и SOC диагностики респираторных патогенов.
«Мы оценили два диагностических метода NGS, одним из которых был RPIP, и обнаружили, что в обоих случаях способность NGS идентифицировать конкретные патогены была почти сравнима с набором диагностических тестов, которые клиницисты использовали на протяжении десятилетий», — говорится в исследовании. старший автор Патрисия Симнер, доктор философии, магистр наук, адъюнкт-профессор патологии Медицинской школы Университета Джона Хопкинса. «Хотя это показывает большие перспективы для диагностики RPIP и NGS в целом, мы считаем, что требуется дополнительная работа для дальнейшего совершенствования технологии, прежде чем NGS можно будет считать равным или лучшим, чем текущие методы SOC».
В своем исследовании Симнер и ее коллеги впервые оценили диагностическую способность метагеномного NGS, ранее изученного рабочего процесса, в ходе которого секвенируется вся ДНК, полученная из бронхоальвеолярного лаважа, включая генетический материал, уникальный для пациента («прочитанное хозяином» или «человеческое считывание»). чтение») и искомый патоген («микробное чтение»). Удаление ДНК хозяина позволяет клиницистам сосредоточить свои поиски на оставшемся генетическом материале , чтобы, надеюсь, найти микробное считывание и, в конечном итоге, определить причину болезни пациента.
Во второй части своего эксперимента исследователи оценили другой подход NGS с использованием системы RPIP, называемой целевой NGS. В этом методе все в образце из дыхательных путей пациента секвенируется, как и в метагеномном NGS, но для повышения способности поиска используются зонды захвата — крошечные фрагменты одноцепочечной ДНК, которые структурно соответствуют ДНК конкретных патогенов.
«Использование NGS для поиска генетических сигнатур патогенов сродни поиску информации по конкретной теме в библиотеке с огромным количеством книг», — объясняет ведущий автор исследования Дэвид Гастон, доктор медицинских наук, бывший научный сотрудник по патологии в Медицинский факультет Университета Джона Хопкинса теперь находится в Медицинском центре Университета Вандербильта. «С метагеномным NGS вы должны прочитать все книги, чтобы найти те, которые относятся к теме. Но с целевым NGS вы сначала просите библиотекаря выбрать те тома, которые, скорее всего, включают эту тему, а затем проводите более целенаправленный, более перспективный поиск».
Исследователи обнаружили, что эффективность как метагеномного, так и целевого NGS зависит от типа искомого организма. Они сообщают, что оба метода NGS успешно идентифицировали вирусы, причем наиболее легко обнаруживались вирусы герпеса. Результаты для бактерий и микобактерий (включая микроорганизмы, вызывающие туберкулез) приблизились к уровню диагностики SOC, но снизились по мере уменьшения количества организмов — даже при использовании зондов захвата в целевых NGS. Ни один из методов NGS не выявлял грибы должным образом.
В целом исследователи обнаружили, что целевой рабочий процесс RIPP согласуется с традиционной диагностикой в 66% случаев. В частности, они отметили согласие 46% для целевого NGS для обнаружения патогенов, имеющих клиническое значение, и согласие 86% для демонстрации отсутствия патогенов.
Наряду с его потенциалом для точной идентификации более 300 патогенных организмов из бронхоальвеолярного лаважа, исследователи считают, что целевой NGS также имеет большие перспективы, поскольку однажды он сможет выявить около 1200 генетических маркеров в патогенах, которые указывают, какие организмы с наибольшей вероятностью будут сопротивляться антибиотикам. .
«В целом, текущая точность как метагеномного, так и целевого NGS приближается к точности современных диагностических процедур, и это главный вывод нашего исследования», — говорит Гастон. «Мы обнаружили, что NGS может обнаруживать многие, но не все патогены, и что в некоторых случаях оба метода NGS могут идентифицировать патогены, которые традиционная диагностика пропустила бы».
«В настоящее время есть плюсы и минусы использования NGS в качестве инструмента микробиологической диагностики», — говорит Симнер. «Например, целевой рабочий процесс RPIP требует больше времени и реагентов, но требует меньше биоинформационного анализа полученных данных. С другой стороны, метагеномный NGS менее сложен с технической точки зрения, но требует более сложного анализа».
Основываясь на своих выводах, исследователи считают, что как метагеномные, так и целевые рабочие процессы NGS в настоящее время можно считать дополнением, но еще не заменой диагностическим методам SOC. Они считают, что при большей доработке системы NGS однажды могут стать стандартами для диагностики респираторных возбудителей.
