Analiza DNA z osocza może przyspieszyć rozpoznawanie ciężkich zakażeń

Naukowcy z Universitätsklinikum Jena opracowali metodę identyfikacji patogenów bezpośrednio z osocza krwi, wykorzystując mikrobiologiczne wolne DNA komórkowe i sekwencjonowanie Nanopore. Technika może dostarczyć wynik w ciągu około 12 godzin, również u pacjentów już leczonych antybiotykami.

W artykule:

• Dlaczego klasyczne posiewy krwi zawodzą po rozpoczęciu antybiotykoterapii
• Na czym polega analiza mikrobiologicznego wolnego DNA komórkowego
• Jak działa sekwencjonowanie Nanopore w diagnostyce zakażeń
• Wyniki pilotażowego badania u pacjentów z zakażeniami krwi i podejrzeniem infekcyjnego zapalenia wsierdzia
• Znaczenie metody w monitorowaniu skuteczności antybiotykoterapii
• Dlaczego otwarte udostępnienie protokołu może przyspieszyć wdrożenia kliniczne

Ciężkie zakażenia bakteryjne wymagają szybkiego rozpoznania i celowanego leczenia. W praktyce klinicznej istotnym problemem pozostaje jednak fakt, że rozpoczęta wcześniej antybiotykoterapia często utrudnia wykrycie drobnoustroju odpowiedzialnego za zakażenie. Naukowcy z Universitätsklinikum Jena opracowali metodę, która pozwala identyfikować patogeny bezpośrednio z osocza krwi. Procedura daje wynik w ciągu kilku godzin i może działać także podczas trwającego leczenia przeciwbakteryjnego. Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Genome Medicine.

Badacze wykorzystali tak zwane mikrobiologiczne wolne DNA komórkowe, czyli drobne fragmenty materiału genetycznego bakterii, wirusów lub grzybów, które w przebiegu zakażenia krążą we krwi. Najpierw wolne fragmenty DNA izoluje się z osocza krwi, a następnie, przez dołączenie odpowiednich adapterów, przekształca w bibliotekę sekwencyjną przygotowaną do dalszej analizy. Kolejnym etapem jest sekwencjonowanie Nanopore, które pozwala odczytywać fragmenty patogenów bez konieczności wcześniejszego namnażania drobnoustrojów w hodowli.

„W ciężkich zakażeniach często liczy się każda godzina. Jednocześnie wartość diagnostyczna klasycznych posiewów krwi spada, gdy pacjent otrzymał już antybiotyki” – wyjaśnia dr Micha Banz, Clinician Scientist w Institut für Infektionsmedizin und Krankenhaushygiene Universitätsklinikum Jena. „Naszym celem było opracowanie procedury, którą można szybko zastosować, która będzie relatywnie tania i dobrze dostępna dla laboratoriów klinicznych”.

W pilotażowym badaniu zespół przeanalizował próbki od 18 pacjentek i pacjentów z zakażeniami krwi lub podejrzeniem infekcyjnego zapalenia wsierdzia, czyli zapalenia struktur wewnątrzsercowych, najczęściej zastawek. Nowa metoda była zgodna z rozpoznaniem klinicznym w 16 przypadkach. Szczególnie istotne było to, że w dwóch przypadkach tak zwanego infekcyjnego zapalenia wsierdzia z ujemnymi posiewami naukowcom udało się wykryć patogen mimo braku wyniku w klasycznych posiewach krwi.

Cała analiza, od przyjęcia próbki do uzyskania wyniku, trwa około 12 godzin. Procedura pozostaje obecnie droższa niż standardowy posiew krwi, a koszty materiałowe wynoszą około 100–120 euro na próbkę. W porównaniu z komercyjnymi specjalistycznymi metodami analizy mikrobiologicznego DNA podejście opracowane w Jenie może być jednak wdrażane znacznie taniej.

Metoda może w przyszłości służyć nie tylko do szybkiej diagnostyki, ale także do monitorowania przebiegu zakażenia. Badacze wykazali, że u części pacjentów mikrobiologiczne DNA pozostawało wykrywalne nawet do 16 dni po rozpoczęciu celowanej antybiotykoterapii. Otwiera to możliwość śledzenia dynamiki zakażenia za pomocą prostego badania krwi.

„W dłuższej perspektywie technologia ta mogłaby pomóc w bardziej indywidualnym prowadzeniu antybiotykoterapii” – mówi Banz. „Jeżeli będziemy mogli rozpoznać, kiedy zakażenie rzeczywiście zostało wyleczone, możliwe będzie unikanie niepotrzebnie długiego leczenia”.

Dla zespołu szczególnie ważna była szeroka dostępność opracowanej procedury. „Zależało nam na tym, aby nie ukrywać tej metody za ofertami komercyjnymi ani barierami technicznymi. Dlatego opublikowaliśmy pełny protokół w otwartym dostępie, aby inne instytucje badawcze i kliniki mogły natychmiast korzystać z tego podejścia, sprawdzać je i dalej rozwijać” – podkreśla dr Christian Brandt, bioinformatyk uczestniczący w badaniu. Otwarte udostępnienie protokołu ma zwiększyć powtarzalność naukową oraz ułatwić transfer metody do badań i praktyki klinicznej.

Prace badawcze dr. Micha Banza były wspierane przez Else-Kröner-Forschungskolleg IKARUS przy Universitätsklinikum Jena. Metoda została opracowana w ciągu roku, z czego około połowę czasu przeznaczono na rozwój laboratoryjny i walidację. W projekcie uczestniczyli również naukowcy z kilku niemieckich i międzynarodowych instytucji, w tym InfectoGnostics-Forschungscampus.

Źródło: Genome Medicine, Microbial cell-free DNA for rapid pathogen identification in clinical diagnostics: a proof of concept study. DOI: https://doi.org/10.1186/s13073-026-01700-3