Ученые разработали новое устройство для обнаружения чувствительности к антибиотикам

Ученые из Центра инфекций и иммунитета в Школе общественного здравоохранения Колумбийского Университета Мэйлман (Center for Infection and Immunity (CII) in the Columbia University Mailman School of Public Health) разработали первую диагностическую платформу, которая может одновременно отображать все известные человеческие патогенные бактерии, а также маркеры вирулентности и устойчивости к антибиотикам. В журнале mBio содержится подробная информация о производительности платформы BacCapSeq.

Мощный инструмент для скрининга патогенных бактерий

«После одобрения клинического применения BacCapSeq предоставит врачам мощный инструмент для быстрого и точного скрининга всех известных патогенных бактерий, в том числе тех, которые вызывают сепсис, третьей ведущей причиной смерти в Соединенных Штатах», – говорит автор исследования Орхид М. Алликок (Orchid M. Allicock). «Эта платформа в 1000 раз более чувствительна, чем традиционное тестирование, на уровне, сопоставимом с тестами, которые экранируют одну бактерию за раз».

В настоящее время наиболее распространенный метод, используемый в диагностике сепсиса, может занять до трех дней и даже дольше для предоставления информации об устойчивости к антибиотикам. Пока врачи ждут результата, они обычно назначают антибиотики широкого спектра действия, что способствует резистентности к антибиотикам. BacCapSeq предоставляет результаты за 70 часов, но исследователи считают, что платформа  с достижениями в вычислительной мощности будет работать быстрее.

Согласно оценкам Всемирного экономического форума (World Economic Forum estimates), каждый год резистентные к антибиотикам инфекции уносят 100 000 жизней в Соединенных Штатах и ​​700 000 человек в мире, причем наибольшее бремя несут  развивающиеся страны.

Материалы и методы обследования

В исследовании ученые оценили эффективность BacCapSeq несколькими способами:

• использование нуклеиновой кислоты из крови, содержащей ДНК нескольких разных бактерий;
• кровь с бактериальными клетками;
• образцы культуры крови;
• образцы крови у пациентов с необъяснимым сепсисом.

BacCapSeq содержит 4,2 миллиона генетических зондов, используемых для обнаружения сигнатурной ДНК всех 307 патогенных бактерий, а также биомаркеров для устойчивости к антибиотикам и вирулентности. Каждый зонд связывается с соответствующей последовательностью; если конкретная бактерия или биомаркер присутствует в образце, магнитный процесс «вытягивает» свои уникальные последовательности, которые затем могут быть использованы для идентификации бактерии и ее характеристик. На сегодняшний день даже самые современные мультиплексированные системы полимеразной цепной реакции способны отображать только до 19 патогенных бактерий, и ни одна из них не может оценить вирулентность и противомикробную резистентность.

Результаты научной работы

В каждом случае производительность платформы превышала традиционные методы, иногда обнаруживая инфекции, которые были упущены альтернативным методом. В одном случае тест включал бактерию Gardnerella vaginalis, которая редко встречается, как причина необъяснимого сепсиса у человека с ВИЧ / СПИДом.

BacCapSeq является дополнением к VirCapSeq, аналогичному тесту, который определяет все известные вирусные инфекции человека. Недавние опубликованные исследования сообщили об эффективности этого теста в Танзании и Уганде. Также разрабатывается тест на дифференциальную диагностику грибковых инфекций.

«Микробиологическая диагностика должна быть неотъемлемым компонентом прецизионной медицины», – говорит соавтор исследования Уильям Липкин (W. Ian Lipkin).

Выводы

«Точная ранняя дифференциальная диагностика инфекционных заболеваний и знание профилей чувствительности к лекарственным средствам снизят смертность, заболеваемость и затраты на здравоохранение».

Авторы другого исследования утверждают, что бактерии становятся устойчивыми к дезинфицирующим средствам на основе спирта.