Инфекционные заболевания вызываются патогенными вирусами, бактериями, грибами или паразитами. Лечение бактериальных и грибковых инфекций основано, в частности, на противомикробных препаратах, в то время как при лечении вирусных инфекций основное внимание уделяется облегчению симптомов.
Начальная терапия инфекции часто является эмпирической и определяется клиническими проявлениями. Однако его эффективность в отношении патогена редко понимается в начале терапии. Хотя существуют методы оценки реакции на лечение, их эффективность в основном определяется путем мониторинга симптомов и признаков инфекций.
Достижения в технологии секвенирования сделали характеристики геномов и продуктов экспрессии генов все более практичными. Технология также позволила идентифицировать компоненты микробиоты на уровне видов и генов. Тем не менее, секвенирование микробиоты применяется при лечении инфекций лишь изредка.
Теперь исследователи из Университета Хельсинки вместе со своими сотрудниками из Университетской больницы Хельсинки разработали новый подход, основанный на секвенировании, для обнаружения патогенов в сложных образцах. Подход и предварительные результаты его использования для оценки очищения от ожоговой раневой инфекции опубликованы в журнале Clinical Microbiology and Infection.
"Подход позволяет фиксировать функциональную активность даже незначительного количества микробов в режиме реального времени. Его можно использовать для надежного исследования активности механизмов микробной лекарственной устойчивости и других микробных механизмов, имеющих отношение к инфекции или ее лечению. Это помогает понять, живы или умирают микробы-возбудители, и что они делают," говорит биоинформатик Матти Канкайнен, Ph.D., из Университета Хельсинки.
Техника проливает свет на деятельность патогенов
Основной принцип метода заключается в следующем: у пациента берется клинический образец и извлекается его РНК, лежащая в основе биологических процессов. Затем микробная РНК обогащается, чтобы увеличить информацию о патогенных микроорганизмах. РНК секвенируется, и обширные объемы полученных данных анализируются с помощью новых алгоритмов.
Чтобы понять ценность этого подхода в клинической практике, исследователи применили свое решение к сложному случаю раневой инфекции. Объектом исследования был пациент с раневой инфекцией, который безуспешно лечился несколькими антибиотиками в течение почти ста дней. Несмотря на лечение, инфекция рецидивировала. Вскоре после начала четвертой схемы приема антибиотиков исследователи собрали образцы с места заражения. Образцы были проанализированы с использованием их подхода, а также с помощью более распространенного профилирования ДНК-генов 16S. Соответствующие образцы были собраны также у контрольного субъекта.
Четвертая схема приема антибиотиков оказалась эффективной и облегчила симптомы. Результаты, полученные с использованием нового подхода, согласовали клиническую картину и подтвердили устранение патогена. Кроме того, они продемонстрировали восстановление нормальной микробиоты. Подобного изменения микробиоты не наблюдалось при профилировании 16S. Вместо этого были идентифицированы кандидаты в возбудители инфекции из-за медленного разрушения ДНК.
Метатранскриптомика может быть ответом на диагностику инфекционных заболеваний
Используемый подход известен как метатранскриптомика. Позволяет всесторонне определять активность микробных генов. Его использование становится все более распространенным, но проблемы, связанные с обработкой и анализом сложных образцов микробов-хозяев, препятствуют более широкому клиническому использованию метатранскриптомики.
"Наши результаты показывают, что наше решение подходит также для сложных образцов, содержащих незначительные
количество микробов. Помимо идентификации патогенов, его можно использовать для характеристики взаимодействия хозяина и микроба. Таким образом, это может пролить свет на еще не выявленные механизмы заболевания. Мы будем развивать эту технику и дальше в рамках исследований инфекций, которые ведутся в нашей лаборатории. Дальнейшая работа также будет сосредоточена на понимании спектра его применения," говорит Эско Канкури, доцент кафедры фармакологии Хельсинкского университета.
Постдокторант Тейя Ояла из Хельсинкского университета разработала новый подход. Затем Охала будет использовать эту технику для углубления понимания болезни, вызванной коронавирусом COVID-19.