Задержки в проведении адекватной антимикробной терапии, часто обусловленные резистентностью бактерий к эмпирическому подбору антибиотиков, напрямую коррелируют с увеличением внутрибольничной смертности.
Это может подтолкнуть клиницистов к чрезмерно широкому спектру терапии, что повлечет ухудшение состояния пациентов и развитие резистентности, что подчеркивает широкие потенциальные преимущества быстрого тестирования на чувствительность к антимикробным препаратам (AST). Золотой стандарт проведения AST заключается в выращивании изолятов в присутствии антибиотика для определения наименьшей концентрации, подавляющей рост бактерий. Несмотря на свою надежность, AST на основе роста может занимать много времени: с момента взятия образца до получения окончательного профиля чувствительности проходит до 72 часов.
Растущее число альтернативных, быстрых методов AST решает эту проблему в двух направлениях: генотипические и фенотипические анализы. Генотипические методы напрямую определяют конкретные гены или мутации, которые, как известно, обусловливают резистентность. Однако этот подход основан на выявлении ограниченного подмножества генов и поэтому не способен выявить новые или сложные механизмы резистентности, особенно у грамотрицательных патогенов. Фенотипические анализы, напротив, оценивают реакцию бактерий на антибиотики на основе различных клеточных свойств, таких как рост, метаболическая активность или подвижность бактерий. Несмотря на общую применимость к различным механизмам резистентности, этот подход не дает информации о генотипах бактерий, что может привести к упущению ключевых данных, которые могут быть использованы при выборе антибиотиков и проведении эпидемиологических расследований.
В последние годы наша группа разработала метод, который объединяет генотипическую и фенотипическую информацию в единый быстрый анализ AST под названием Genotypic and Phenotypic AST through RNA detection (Go-PhAST-R). Go-PhAST-R использует химию гибридизации РНК NanoString® для количественного определения множества бактериальных транскриптов в образцах неочищенных лизатов и определения моделей резистентности. Для этого он использует заметные различия в профилях экспрессии генов у чувствительных изолятов по сравнению с сопоставимыми по виду резистентными изолятами при воздействии антибиотиков: резистентные изоляты остаются относительно невредимыми, в то время как чувствительные изоляты, физиологически подавленные, умирающие или останавливающиеся в росте, демонстрируют значительные транскрипционные изменения в ответ на антибиотик.
Ранее мы показали, что небольшое количество генов претерпевает значительные и предсказуемые изменения в экспрессии при воздействии антибиотиков и изменение экспрессии этих маркерных генов отражает фенотипическую чувствительность к антибиотикам, не зависящую от механизма резистентности. Используя этот принцип, мы разработали и протестировали наборы зондов GoPhAST-R для классификации чувствительности Escherichia coli и Klebsiella pneumoniae к аминогликозидам, фторхинолонам и бета-лактамам.
Кроме того, транскрипты генов резистентности высокого риска, таких как бета-лактамазы расширенного спектра (ESBL) и карбапенемазы, были одновременно исследованы для выявления генотипов высокого риска, имеющих эпидемиологическое значение. В предыдущей работе, проведенной на культурах крови, содержащих лабораторные штаммы с заранее определенным типом резистентности, Go-PhAST-R достигал точности 94-99%, требовал минимального технического опыта и времени работы, а результаты получались уже через <4 часа после получения положительной культуры крови.
В данном исследовании мы провели первое клиническое испытание GoPhAST-R на 42 положительных культурах крови: 26 положительных культур крови, в которых росла Escherichia coli, 15 положительных культур крови, в которых росла Klebsiella pneumoniae, и 1 положительная культура крови, в которой была и та, и другая. Аликвота каждой положительной культуры крови подвергалась воздействию 9 различных антибиотиков, лизировалась, затем подвергалась быстрому транскрипционному профилированию на платформе NanoString®; результаты анализировались с помощью собственного алгоритма классификации чувствительности.
Общее совпадение результатов GoPhAST-R со стандартными методами определения чувствительности к противомикробным препаратам составило 95%, причем наибольшее совпадение было достигнуто для бета-лактамов (98%), а наименьшее - для фторхинолонов (88%). В популяции также были обнаружены гены эпидемической резистентности, включая бета-лактамазы расширенного спектра действия blaCTX-M-15 и карбапенемазы blaKPC.
Данное исследование демонстрирует клиническую целесообразность использования профилирования транскрипционного ответа для быстрого определения резистентности, хотя дальнейшая валидация на более крупных и разнообразных бактериальных популяциях будет иметь важное значение в будущей работе. GoPhAST-R представляет собой многообещающий новый подход к быстрому и комплексному определению чувствительности к антибиотикам в клинических условиях.
