Исследование будет опубликовано 6 июля в журнале Science Translational Medicine.
Антибиотики спасли миллионы жизней и создали мир, в котором возможны сложные и спасающие жизнь операции. Но чрезмерное использование антибиотиков грозит создать глобальный бич устойчивых к антибиотикам бактериальных патогенов. Из-за этой проблемы эксперты общественного здравоохранения регулярно напоминают врачам назначать антибиотики только при бактериальных инфекциях.
Но слишком часто врачи не могут легко определить, является ли болезнь пациента бактериальной или вирусной, а иногда и есть ли вообще какая-либо инфекция.
«Очень часто вы не можете точно сказать, что за инфекция у кого-то», — сказал Тимоти Суини, доктор медицинских наук, научный сотрудник Стэнфордского института иммунитета, трансплантации и инфекций и ведущий автор статьи. "Если кто-то приходит в клинику, бактериальная или вирусная инфекция часто выглядят совершенно одинаково."
«Идея найти диагностический тест пришла из нашей предыдущей статьи в« Иммунитет »в прошлом году, — сказал доцент медицины Пурвеш Хатри, доктор философии, старший автор. "В этой статье мы обнаружили общий ответ иммунной системы человека на несколько вирусов, отличный от ответа на бактериальные инфекции. Мы задавались вопросом, можем ли мы использовать это различие для улучшения диагностики бактериальных или вирусных инфекций.
Но нам нужна была генная подпись, состоящая из гораздо меньшего количества генов, чтобы тест был клинически полезным."
Анализ крови
Команда использовала общедоступные данные об экспрессии генов пациентов, чтобы определить всего семь генов человека, активность которых изменяется во время инфекции; по их характеру активности можно определить, является ли инфекция бактериальной или вирусной.
Когда патогены заражают клетки организма, инфекция запускает цепную реакцию с участием иммунной системы, которая изменяет активность или экспрессию сотен генов.
Экспрессия генов — это процесс, с помощью которого клетки извлекают информацию из генов и передают ее в виде молекул белка или РНК. Клетки обладают способностью экспрессировать больше или меньше каждой молекулы, создавая паттерн экспрессии генов, который изменяется в ответ на внешние воздействия, включая инфекции.
Исследователи заявили, что тест на семь генов значительно лучше предыдущих тестов, которые изучали активность сотен генов. По их словам, поскольку задействовано так мало генов, новый тест будет дешевле и быстрее, но при этом останется точным.
По словам Хатри, исследование, проведенное в Непале в соавторстве с доцентом медицины Джейсоном Эндрюсом, доктором медицины, показало, что только 5% пациентов, получавших антибиотики, действительно нуждались в них. Пациенты из Непала получали лечение антибиотиками, потому что лекарство было дешевле, чем пытаться выяснить, действительно ли он им нужен. «Если мы действительно хотим что-то изменить, — сказал Хатри, — наш тест должен быть более рентабельным, чем сам препарат.«Это важный момент, — сказал он, — поскольку он может позволить системам здравоохранения использовать антибиотики надлежащим образом и в то же время сэкономить деньги.
Эта работа является частью глобального ответа на необходимость сокращения использования антибиотиков, частично вызванного Национальным планом действий президента Обамы по борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериями. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, сегодня только в Соединенных Штатах лекарственно-устойчивые бактерии вызывают 2 миллиона заболеваний и 23000 смертей ежегодно.
И из 154 миллионов рецептов на антибиотики, выписанных в США,.S. кабинеты врачей и отделения неотложной помощи каждый год, по оценкам, каждый третий из них не нужен. В обзоре устойчивости к противомикробным препаратам, проведенном в 2014 году, сообщается, что, если что-то не будет сделано, чтобы остановить эволюцию устойчивых к антибиотикам бактерий, такие так называемые супербактерии могут стоить миру 100 триллионов долларов в виде потерь валового внутреннего продукта к 2050 году.
Наконец, помимо стимулирования эволюции устойчивых к лекарствам микробов, антибиотики увеличивают риск побочных эффектов, таких как разрыв сухожилий или повреждение почек, и могут повредить кишечник и другие микробиомы, которые необходимы для здоровья в целом.
Впереди препятствия
Новый тест на экспрессию генов на бактериальную инфекцию сталкивается с двумя препятствиями, прежде чем он станет доступным для врачей через несколько лет. Во-первых, его необходимо тщательно протестировать в клинических условиях.
До сих пор все данные и результаты тестов для этой продолжающейся работы были получены из уже существующих онлайн-наборов цифровых данных об экспрессии генов от пациентов с различными видами инфекций, а не от текущих пациентов.
Новое исследование проверило тест на семь генов на образцах крови 96 тяжелобольных детей с помощью теста под названием NanoString и обнаружило, что тест был точным.
Но, по словам исследователей, это требует дальнейшей проверки на большем количестве образцов крови пациентов.
Во-вторых, тест должен быть встроен в устройство, которое может дать результат в течение часа или меньше.
Предварительная версия анализа крови NanoString занимает от четырех до шести часов — слишком долго для людей, которые серьезно болеют. Например, у пациентов с сепсисом риск смерти возрастает на 6-8 процентов за каждый час задержки приема антибиотиков, поэтому крайне важно действовать быстро.
По словам Суини, для человека, который явно серьезно болен, по умолчанию назначаются антибиотики.
Но часто у пациентов возникают ранние бактериальные инфекции, и врачи еще не осознают, что пациенту угрожает опасность. Тест на экспрессию генов может развеять сомнения в считанные минуты, позволяя врачам назначать антибиотики раньше и спасать жизни.
По этой причине Суини и Хатри работают с другими исследователями, чтобы разработать тест на экспрессию генов, чтобы получить результаты менее чем за час. План состоит в том, чтобы объединить тест на 11 генов, который они создали несколько месяцев назад, с более свежим тестом на семь генов.
Тест на 11 генов показывает, есть ли у пациента инфекция. Если у них действительно есть инфекция, тест на семь генов показывает, бактериальная она или вирусная. Оба теста будут выполняться одновременно.
Исследователи представляют два теста как дерево решений. «Когда вы соединяете новый набор из семи генов с набором из 11 генов, мы можем составить дерево решений, которое соответствует тому, как врач может думать о пациенте», — сказал Суини. "Сначала мы спрашиваем: ‘Присутствует ли инфекция?«Потому что у некоторых людей наблюдается воспаление, жар, учащенное сердцебиение, но это не из-за инфекции. Затем мы спрашиваем: «Если да, то какие??’"
Комбинированный тест на 18 генов сначала будет использоваться в больницах, сказал Суини. Возможно, сказал он, еще более дешевый тест, использующий только семь генов, можно было бы использовать в амбулаторных условиях.