Революційний геномний тест може діагностувати майже будь-яку інфекцію

Тест метагеномного секвенування нового покоління, розроблений в UCSF, демонструє його здатність швидко й точно діагностувати широкий спектр патогенів. Геномний тест, розроблений в Каліфорнійському університеті в Сан-Франциско, здатний швидко ідентифікувати майже будь-який тип патогену, включно з вірусами, бактеріями, грибками чи паразитами, продемонстрував успіх після десятиліття використання.

Тест може значно покращити лікування неврологічних інфекцій, які викликають такі захворювання, як менінгіт і енцефаліт, а також прискорити виявлення нових загроз вірусної пандемії. Він використовує потужну техніку геномного секвенування, що називається метагеномним секвенуванням наступного покоління (mNGS). Замість того, щоб шукати один тип збудника за раз, mNGS аналізує всі нуклеїнові кислоти, РНК і ДНК, які присутні в зразку.

«Наша технологія оманливо проста», — сказав Чарльз Чіу, доктор медичних наук, професор лабораторної медицини та інфекційних захворювань в UCSF і старший автор дослідження. «Замінивши кілька тестів одним тестом, ми можемо позбавити вас тривалих здогадок щодо діагностики та лікування інфекцій».

Дослідники спочатку розробили клінічний тест mNGS для аналізу спинномозкової рідини (ЦСР), незайманої рідини, яка омиває головний і спинний мозок. Наразі тест було проведено на тисячах пацієнтів із незрозумілими неврологічними симптомами як в UCSF, так і в інших лікарнях по всій країні. У статті, опублікованій 12 листопада в Nature Medicine, команда продемонструвала, що тест mNGS правильно ідентифікував 86% неврологічних інфекцій.

У супутньому дослідженні, опублікованому того ж дня в Nature Communications, команда також використовувала mNGS для виявлення патогенів у дихальній рідині, які можуть спричинити пневмонію, і автоматизувала це для швидшого отримання результатів. Вони очікують, що автоматизований тест зможе виявити нові вірусні патогени, які можуть викликати респіраторні пандемії, такі як COVID-19.

Прорив у діагностиці рідкісних інфекційних неврологічних захворювань

Неврологічні захворювання може бути дуже важко діагностувати, особливо якщо причиною є рідкісний або раніше невідомий збудник. У багатьох випадках кожен день без діагнозу означає постійне погіршення стану пацієнта. На початку 2010-х років Чіу разом із колегами з UCSF Джо ДеРізі, доктором філософії, і Майклом Вілсоном, доктором медичних наук, розробили новий метагеномний метод секвенування для перевірки спинномозкової рідини на потенційні збудники неврологічних інфекцій.

Тест працює шляхом секвенування всього генетичного матеріалу в спинномозковій рідині, а потім запуску конвеєра обчислювального аналізу для відділення людських послідовностей від тих, що походять від бактерій, вірусів, грибків або паразитів. У 2014 році команда використала цю технологію, щоб допомогти лікарям у Вісконсіні лікувати хлопчика, який перебував у важкому стані у відділенні інтенсивної терапії з недіагностованою інфекцією.

Довга серія тестів не змогла з’ясувати, що з ним не так, але тест UCSF знадобився лише за 48 годин, щоб виявити, що у хлопчика лептоспіроз, який лікується пеніциліном. Його лікарі дали йому це, і він повністю видужав. Невдовзі тест mNGS став рутинним в UCSF, коли лікарні та клініки по всій країні надсилають зразки для обробки в лабораторії клінічної мікробіології UCSF, директором якої є Чіу.

У період з 2016 по 2023 рік команда UCSF проаналізувала майже 5000 зразків спинномозкової рідини за допомогою тесту, 14,4% з яких виявили інфекцію. У цих зразках тест точно ідентифікував патоген у 86% випадків.

«Наш тест mNGS працює краще, ніж будь-яка інша категорія тестів на неврологічні інфекції, — сказав Чіу. — Результати підтверджують його використання як важливої ​​частини діагностичного арсеналу для лікарів, які обробляють пацієнтів з інфекційними захворюваннями».

Щоб розширити доступ до цієї технології, Чіу, ДеРісі, Вілсон та інші допомогли заснувати Delve Bio, яка зараз є ексклюзивним постачальником тесту mNGS CSF, розробленого в UCSF.

«Ці результати підтверджують включення mNGS як основного інструменту для клінічного обстеження інфекцій ЦНС», — сказав Стів Міллер, доктор медичних наук, головний медичний директор Delve Bio. «mNGS пропонує єдиний найбільш неупереджений, повний і остаточний інструмент для виявлення патогенів. Завдяки своїй здатності швидко діагностувати інфекцію, mNGS допомагає приймати управлінські рішення та лікування пацієнтів з менінгітом та енцефалітом, потенційно скорочуючи витрати на охорону здоров’я».

Готуємося до наступної пандемії

Якщо він збирається служити системою раннього попередження про пандемії, тест mNGS має бути швидким. Чіу та його колеги адаптували його для роботи з дихальною рідиною та придумали, як це автоматизувати. У той час як тест CSF передбачає понад 100 окремих кроків і може тривати від 2 до 7 днів, респіраторний тест вимагає лише 30 хвилин практичного часу, перш ніж роботи та алгоритми зможуть взяти на себе роботу.

«Наша мета полягала в тому, щоб весь процес завершився протягом 12-24 годин, даючи результат того ж або наступного дня», — сказав Чіу.

У дослідженні Nature Communications дослідники продемонстрували, що тест може виявити респіраторні віруси з пандемічним потенціалом, включаючи SARS-CoV-2, грип A і B і RSV, менш ніж за добу, навіть якщо присутні лише невеликі кількості вірусу. у зразку.

Вони також змоделювали здатність технології виявляти різні віруси – або нещодавно виниклі штами – і виявили, що вона гіпотетично може виявити їх усіх, якщо вони з’являться в майбутньому. І CSF, і респіраторні версії тесту mNGS отримали позначення проривного пристрою від Управління з харчових продуктів і медикаментів США (FDA).