Dans une étude récente publiée dans Microbiologie naturelleles chercheurs ont développé une métagénomique plasmatique intégrée hôte-microbe pour faciliter le diagnostic de la septicémie.
Sommaire
Arrière plan
La septicémie représente 20 % de tous les décès dans le monde et 20 à 50 % des décès à l’hôpital aux États-Unis. Pour une antibiothérapie opportune et efficace, cruciale pour la survie à la septicémie, la détection et l’identification initiales des infections microbiennes sont nécessaires. Cependant, aucun pathogène étiologique n’est identifié dans plus de 30% des cas. Il est essentiel de distinguer le sepsis des troubles systémiques non infectieux car ils apparaissent fréquemment cliniquement similaires au cours de l’hospitalisation.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont créé un outil de diagnostic de la septicémie qui combine le profilage transcriptionnel de l’hôte et l’identification des agents pathogènes à large spectre.
Dans deux hôpitaux de soins tertiaires, l’équipe a mené un examen observationnel prospectif de patients adultes gravement malades admis à l’unité de soins intensifs (USI) depuis le service des urgences (ED). Les patients ont été divisés en cinq sous-groupes en fonction de la présence ou de l’absence de septicémie. Ces patients comprenaient ceux qui avaient : (1) une septicémie jugée cliniquement ainsi qu’une infection bactérienne du sang confirmée (septicémieBSI); (2) septicémie jugée cliniquement ainsi qu’une infection non sanguine confirmée (septicémienon BSI); (3) septicémie suspectée caractérisée par des tests microbiologiques cliniques négatifs (Sepsissoupçonné); (4) les patients n’ayant aucun signe de septicémie et une explication de leur maladie critique (pas de septicémie) ; ou (5) patients avec un statut indéterminé (Indeterm).
En procédant au séquençage de l’acide ribonucléique (ARN) sur des échantillons de sang total, l’équipe a d’abord examiné les variations transcriptionnelles entre les patients présentant une septicémie cliniquement et microbiologiquement prouvée et ceux ne présentant aucun symptôme d’infection. Une technique appelée analyse d’enrichissement d’ensembles de gènes (GSEA) détecte des grappes de gènes dans un ensemble de données avec des fonctions biologiques connexes.
Une étude d’expression génique différentielle (DE) à travers le sepsisBSI et septicémienon BSI groupes a été menée pour identifier d’autres variations entre les patients atteints de septicémie avec des infections de la circulation sanguine par rapport aux sites périphériques. L’équipe a développé un classificateur universel de diagnostic de septicémie basé sur les modèles d’expression génique du sang total en réponse à l’exigence pratique de diagnostiquer la septicémie dans SepsisBSI ainsi que la septicémienon BSI les patients. L’équipe a utilisé une stratégie d’apprentissage de la machine à vecteurs de support ensachés (bSVM) pour choisir les gènes qui ont le mieux différencié les patients atteints de septicémie (SepsisBSI et septicémienon BSI) et ceux sans septicémie (No-sepsis).
Une médiane de 2,3 × 10sept les lectures ont été acquises après séquençage de l’ARN des patients obtenus dont les échantillons de plasma étaient disponibles. De plus, une analyse DE a été effectuée pour déterminer si un signal biologiquement plausible pouvait être utilisé pour différencier les patients qui avaient ou n’avaient pas de septicémie.
Résultats
L’exacerbation de l’insuffisance cardiaque, le surdosage/l’empoisonnement, l’arrêt cardiaque et l’embolie pulmonaire étaient les affections les plus fréquemment diagnostiquées dans le groupe sans septicémie. Quel que soit le sous-groupe, la plupart des patients ont eu besoin d’un soutien vasopresseur et d’une ventilation mécanique. Patients dans la septicémieBSI et septicémienon BSI qui avaient une septicémie avérée n’ont montré aucune différence par rapport aux patients sans septicémie en ce qui concerne l’âge, le sexe, la race, l’origine ethnique, le score APACHE III, l’immunodépression, le statut d’intubation, le nombre maximal de globules blancs ou la mortalité à 28 jours. Dans le groupe de patients sans septicémie, tous les patients sauf un ont présenté au moins deux critères de syndrome de réponse inflammatoire systémique (SIRS).
L’étude a également révélé la régulation à la baisse des voies liées au traitement et à la traduction de l’ARN ribosomique ainsi que la régulation à la hausse des gènes impliqués dans la signalisation immunitaire innée et la dégranulation des neutrophiles chez les patients atteints de septicémie. En utilisant l’analyse DE, l’équipe a trouvé 5 227 gènes. La septicémienon BSI la cohorte a affiché un enrichissement en gènes associés aux défensines, aux peptides antimicrobiens et à la signalisation G alpha ainsi qu’à d’autres voies. D’autre part, la septicémieBSI cohorte a montré un enrichissement en gènes associés aux interactions immunorégulatrices entre les cellules non lymphoïdes et lymphoïdes et à la signalisation CD28, entre autres fonctions.
Le modèle bSVM affichait une zone de validation croisée moyenne sous la courbe caractéristique de fonctionnement du récepteur (ROC) (AUC) de 0,81. Les échantillons dont le nombre de transcriptions était inférieur au seuil de contrôle qualité (CQ) avaient une masse d’entrée moyenne inférieure à celle des échantillons dont le nombre était suffisant.
Fait intéressant, un certain nombre de gènes exprimés de manière différentielle ont été identifiés comme biomarqueurs de la septicémie, notamment l’augmentation de CD177, antigène leucocytaire humain réprimé – isotype DR (HLA-DRA), indiquant une signature transcriptome biologiquement significative de l’ARN plasmatique. Dans la septicémienon BSI groupe, le séquençage métagénomique de nouvelle génération (mNGS) de l’acide désoxyribonucléique plasmatique (ADN) a révélé trois agents pathogènes d’infection bactérienne des voies urinaires (UTI) sur huit et deux agents pathogènes d’infection bactérienne des voies respiratoires inférieures (LRTI) sur 25. Aucun des trois patients atteints de colite sévère causée par C. difficile avait ce pathogène. Chez huit des 73 patients atteints de septicémie avérée, des pathogènes bactériens potentiels supplémentaires non identifiés par culture ont été trouvés.
Conclusion
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré qu’un diagnostic fiable du sepsis est facilité par la combinaison du profilage de l’expression du gène de l’hôte et de l’identification métagénomique des agents pathogènes à partir de l’acide nucléique plasmatique. Des recherches futures sont nécessaires pour vérifier et évaluer l’utilité thérapeutique de cette stratégie de diagnostic indépendante de la culture.
