Микробтық қоздырғыштарды олардың генетикалық құрамының жоғары өнімділік секвенциясы және биоинформатиканың арнайы бағалау алгоритмдері арқылы бір мағыналы және небәрі 24 сағат ішінде диагностикалауға болады. Фраунгофер зерттеушілері сепсиспен ауыратын науқастармен жүргізілген клиникалық зерттеуде мұны растады. Зерттеушілер NGS диагностика платформасын Дюссельдорфтағы Medica-да 2016 жылдың 14-17 қарашасы аралығында ұсынады.
Бір ғана Германияда жыл сайын 150 000-ға жуық адам сепсиспен ауырады деп есептеледі; Медициналық жетістіктерге қарамастан, науқастардың 30-50 пайызы әлі де зардаптардан өледі (қорапты қараңыз). Өлім-жітім деңгейінің жоғары болуының себептерінің бірі: диагноз көбінесе нақты қоздырғышпен күресетін антибиотиктермен құтқару терапиясы үшін тым кеш келеді. Жалпы сепсис қоздырғыштары зертханада пациенттердің қан үлгілерінен патогенді ағзаны өсіретін қан культуралары арқылы анықталады. Мұнда қоздырғыштар көбейгенше екі-бес күн өтеді және нәтиже шығады.
Нуклеин қышқылын талдаудағы жылдам прогрестің арқасында қазіргі уақытта қол жетімді жоғары өнімділік технологиялары (NGS, Next-Generation Sequencing) бірнеше сағат ішінде организмдердің толық геномын ретке келтіруге және оларды белгілі деректермен салыстыруға мүмкіндік береді. ген тізбегі (қорапты қараңыз).
Осы технологиялардың негізінде Фраунгофер атындағы IGB аралық инженерия және биотехнология институтының зерттеушілері сепсистің баламалы диагностикалық платформасын әзірледі. Бұл оларға бактерияларды, саңырауқұлақтарды немесе вирустарды олардың ДНҚ-сын дәйекті талдау арқылы тікелей анықтауға мүмкіндік береді - патогендерді зертханада алдын ала өсірудің қажеті жоқ. Зерттеушілер Гейдельберг университетінің ауруханасымен бірлесіп жүргізген клиникалық зерттеуде олар сепсиспен ауыратын науқастардың қан үлгілері арқылы диагностикалық әдісін растады. Мұнда олар қанда еркін айналатын ДНҚ-ның жоғары өнімді секвенциясы арқылы жұқпалы микроорганизмдерді анықтады (CNAPS, Плазмадағы және сарысудағы циркуляциялық нуклеин қышқылдары).
Бактерияларды, вирустарды және саңырауқұлақтарды бір қадаммен жылдам анықтау
"Біздің келесі буын диагностикалық әдісіміздің көмегімен біз бар болғаны 24 сағат ішінде пациенттердің қандай патогенді жұқтырғанын анықтай алдық ", - Доктор Кай Сон, Фраунхофер IGB «Функционалды геномика» жұмыс тобының жетекшісі, түсіндіреді. "Қанның ДНҚ-сын тікелей секвенирлеудің нәтижесінде зертханада микроорганизмдерді өсірудің көп уақытты қажет ететін қадамы енді қажет емес. Осылайша біз сондай-ақ өсімдіктердің астында өсуі қиынырақ патогендерді анықтай аламыз. зертханалық жағдайлар », - дейді доктор. Сон.
Тағы артықшылығы: үлгілерде тек бактериялардың ғана емес, сонымен қатар вирустардың немесе саңырауқұлақтардың ДНҚ-сы болса, олар да реттелген, талданады және сәйкестендіріледі. "Мысалы, біз зерттеу барысында науқастың ауруының себебі ретінде вирустық қоздырғышты анықтай алдық. Дегенмен науқастың қан культурасы теріс нәтиже көрсетті, өйткені мұнда тек бактерияларды анықтауға болады", - деп түсіндіреді ғалым.
Әдіс бір уақытта сапалы және сандық нәтижелерді береді. «Біздің технологиямызбен біз геномдық фрагменттердің саны негізінде пациентте қандай патогендердің көбейгенін және терапияға жауап беріп жатқанын анықтай аламыз», - деп атап өтті доктор Сон. Бұл дәрігерге дұрыс емес дәрі-дәрмекпен құнды уақытты өткізудің орнына келесі мақсатты терапиялық шараларды дереу жүзеге асыруға мүмкіндік береді.
Биоинформатика алгоритмдері тиісті патогендерді анықтайды
Қан плазмасында еркін айналатын ДНҚ-ның 99 пайыздан астамы адамнан шыққан, сондықтан сепсис қоздырғыштарын анықтау шөптен ине іздеуге ұқсайды. Сондықтан зерттеушілер реттелген фрагменттерді бактериялардың, саңырауқұлақтардың және вирустардың жалпыға қолжетімді ДНҚ тізбегін енгізген геномдық дерекқормен салыстыру үшін арнайы бағдарламалық құралдарды пайдаланады.
Алайда анықталған әрбір микроорганизм міндетті түрде сепсистің себебі бола бермейді. Осылайша, секвенирлеу деректерін бағалаудағы ең үлкен қиындықтардың бірі нәтиженің статистикалық күтілетін нәтижеден айырмашылығы бар-жоғын бағалау болып табылады. Осы шешуші сұраққа жауап беру үшін топтағы биоинформатика маманы Филипп Стивенс Венадағы интеграциялық биоинформатика орталығында (CIBIV) және Интерфейстік процесстер инженериясы және плазмалық технологиялар институтында докторлық диссертациясында арнайы алгоритм әзірледі. IGVP) Штутгарт университетінің.
Патент қарастырылып жатқан диагностикалық әдістің негізгі бөлігі реттілік нәтижелерін сау сынақтан өткен адамдардың қанының реттелген фрагменттерімен салыстырады. «Осылайша алгоритм бізге деректердің маңыздылығын бағалай алатын ұпай береді және микробтық «фондық шуды», яғни диагностикалық маңызды патогендер ретінде теріміздің немесе ішек флорасының зиянсыз бактерияларын жоққа шығара алады», - деп түсіндіреді Стивенс. Клиникалық зерттеу компьютерлік диагноздар қан мәдениетімен тығыз байланысты екенін көрсетті.
Антибиотиктерге төзімділікті анықтау
Бактериялардың метициллин, ванкомицин немесе тетрациклин сияқты жиі қолданылатын антибиотиктерге төзімділігі сәйкес қарсылық гендер арқылы алынады. Сондықтан жоғары өнімді секвенирлеу бір талдауда қоздырғыштың биологиялық түрін де, оның төзімділік гендерін де анықтауға мүмкіндік береді. Бұл сонымен қатар науқасты емдейтін дәрігерге мақсатты терапияны бастауға көмектеседі.
Ары қарай дамыту
Үлгіден соңғы диагнозға дейінгі уақытты одан әрі қысқарту үшін ғалымдар әдісті жақында жасалған секвенирлеу платформаларына қалай ауыстыруға болатынын зерттеп жатыр. Мысалы, қазіргі уақытта сынақ сатысында тұрған нанопора негізіндегі секвенирлеу арқылы ДНҚ бұрынғыдан да қысқа уақыт ішінде тізбектелуі мүмкін. Осылайша, болашақта инфекциялардың нақты диагнозын алты-сегіз сағат ішінде анықтауға болады. 2017 жылы Фраунгофер ғалымдары жетекші клиникалық серіктестермен бірге көп орталықты валидациялық зерттеу жүргізуді жоспарлап отыр.
Fraunhofer IGB 2016 жылдың 14-17 қарашасы аралығында Дюссельдорфтағы Medica-да Фраунгофер бірлескен стендінде келесі ұрпақ секвенциясы арқылы сепсис диагностикасын ұсынады.
