Vědci vyvíjejí rychlejší diagnostiku infekcí pomocí analýzy mikrobiální DNA ze vzorků

Diagnostika akutních, život ohrožujících infekcí stojí a padá na rychlosti, s jakou lékaři dokážou zjistit, jaký mikroorganismus pacienta ohrožuje. Klasické mikrobiologické metody, tedy kultivace vzorků na živných půdách, přitom trvají hodiny až dny, a to je v případě sepse nebo jiných rychle postupujících infekcí čas, který pacient nemusí mít. Vědci proto hledají způsoby, jak charakterizaci mikroorganismů zrychlit pomocí analýzy mikrobiální DNA přímo ze vzorku.

Jedním z směrů, kterým se výzkum ubírá, jsou takzvané taksonomické profily. Jde o počítačové metody, které zpracovávají data z metagenomového sekvenování, tedy z hromadného čtení veškeré genetické informace přítomné ve vzorku, bez nutnosti mikroorganismy předem izolovat nebo kultivovat. Tyto sekvenační výstupy se následně porovnávají s referenčními genomovými sekvencemi jednotlivých druhů mikroorganismů, což umožňuje identifikovat, které bakterie, viry nebo jiné patogeny se ve vzorku nacházejí a v jakém množství.

Taksonomické profily se stále nacházejí ve fázi vývoje a v běžné klinické praxi se zatím nepoužívají. Přestože princip metody je slibný, jde o nástroj, který zatím nedosáhl spolehlivosti a standardizace potřebné pro rutinní nasazení v nemocnicích a laboratořích.

Hlavním důvodem je několik technických nedostatků, které současné výpočetní postupy provázejí. Metody mohou produkovat falešně pozitivní výsledky, tedy mylně označit přítomnost mikroorganismu, který se ve vzorku ve skutečnosti nenachází. Stejně tak se potýkají s nepřesnými odhady abundance, tedy množství jednotlivých druhů mikroorganismů ve vzorku. Taková nepřesnost může vést k mylné interpretaci závažnosti infekce nebo k chybnému určení, který patogen je skutečným původcem onemocnění a který je jen vedlejším nálezem.

Tyto nedostatky mají zásadní důsledky pro klinické využití. Pokud by lékař spoléhal na výsledek, který nesprávně indikuje přítomnost patogenu, mohlo by dojít k nasazení nevhodné léčby, například k předepsání antibiotik, která na skutečného původce infekce neúčinkují, zatímco skutečná příčina zůstane neléčena. Naopak podcenění abundance klinicky významného mikroorganismu by mohlo vést k tomu, že závažná infekce zůstane přehlédnuta.

Výzkumníci proto pokračují ve zdokonalování algoritmů, na nichž taksonomické profily stojí. Klíčovou roli hraje kvalita a rozsah referenčních databází genomových sekvencí, se kterými se naměřená data porovnávají. Čím obsáhlejší a přesnější jsou tyto databáze, tím spolehlivější mohou být výsledné odhady. Zároveň se pracuje na samotných výpočetních postupech, tedy na algoritmech, které rozhodují, jak se čtené sekvence přiřazují konkrétním druhům mikroorganismů a jak se počítá jejich relativní zastoupení ve vzorku.

Perspektiva metagenomového sekvenování v kombinaci s taksonomickými profily je přitom velká. Na rozdíl od klasických kultivačních metod dokáže tento přístup teoreticky zachytit i mikroorganismy, které se v laboratorních podmínkách obtížně pěstují nebo vůbec nerostou, a zároveň umožňuje současně analyzovat široké spektrum patogenů v jediném vzorku. To by mohlo výrazně zkrátit dobu potřebnou ke stanovení diagnózy u pacientů s akutními infekcemi a umožnit cílenější a rychlejší zahájení léčby.

Než se ale taksonomické profily stanou součástí standardní klinické praxe, musí projít dalším vývojem a validací. Je třeba prokázat, že metody dosahují dostatečné přesnosti a spolehlivosti srovnatelné nebo lepší než dosavadní diagnostické postupy, a to napříč různými typy vzorků a širokou škálou mikroorganismů. Teprve poté budou moci lékaři tyto nástroje využívat jako plnohodnotnou alternativu nebo doplněk ke stávajícím diagnostickým metodám při péči o pacienty s život ohrožujícími infekcemi.