Wissenschaftler der Universität von Kalifornien, San Francisco haben einen klinischen Labortest entwickelt, der in der Lage ist, den mikrobiellen Erreger, der schwerwiegende Infektionen verursacht, in nur sechs Stunden zu identifizieren – unabhängig davon, welche Körperflüssigkeit getestet wird, welcher Typ oder welche Art von Infektionserregern oder ob die Ärzte mit irgendeinem Hinweis darauf begonnen haben, welcher Erreger verantwortlich sein könnte.
Das Testverfahren wird lebensrettend sein, die geeignete medikamentöse Behandlung von Schwerkranken beschleunigen und sollte die Art der Diagnostik von Infektionskrankheiten verändern, so die Autoren der Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Medicine veröffentlicht wurde.
Der große Vorteil hierbei ist laut Charles Chiu, Professor an der UC San Francisco und einer der Autoren der Studie, dass jede Infektion aus jeder beliebigen Körperflüssigkeit nachgewiesen werden kann, ohne dass für jede einzelne Körperflüssigkeit eine spezielle Handhabung oder Verarbeitung erforderlich ist. Es ist ein einfaches Test-Verfahren, so der Forscher.
Herkömmliche diagnostische Tests sind so angelegt, dass sie nur einen oder manchmal eine kleine Gruppe potenzieller Krankheitserreger nachweisen können. Dagegen verwendet das neue Protokoll eine leistungsstarke DNA-Sequenzierungstechnologie der „nächsten Generation“, um die gesamte DNA in einer Probe zu erfassen. Mediziner sind nicht darauf angewiesen, einen Verdachtsfall im Blick zu haben. Zur Erkennung einer passenden Übereinstimmung stützt sich der neue Test auf eine eigens entwickelte Analysesoftware, um die DNA-Sequenzen in der Probe mit massiven genomischen Datenbanken zu vergleichen, die alle bekannten Krankheitserreger abdecken.
Die Forscher entwickelten diese Methode zunächst zur Identifizierung von Infektionserregern in der Rückenmarksflüssigkeit bei Enzephalitis und Meningitis. Das Verfahren trug insbesondere dazu bei, das Leben eines lang erkrankten Jungen zu retten. Später wurde das Testprotokoll für den Einsatz als klinischer Test überprüft.
Außerdem entwickelten die Forscher einen ähnlichen Bluttest für Sepsis, einer der häufigsten Todesursachen bei Krankenhauspatienten, während andere Tests zur Diagnose der infektiösen Ursachen einer Lungenentzündung Atemwegsflüssigkeit verwenden.
Doch jeder dieser Tests ist so gestaltet worden, dass er nur mit bestimmten Körperflüssigkeiten funktioniert und nicht mit allen. Ärzte sind häufig unsicher über die Ursache einer Infektion eines Patienten und müssen Proben mehrerer verschiedener Körperflüssigkeiten gleichzeitig zur Laboranalyse einsenden.
Bei der neuen Studie verglichen die Forscher an der Universität von Kalifornien, San Francisco, die Leistungsfähigkeit ihres neuen „metagenomischen“ Einzelprotokoll-DNA-Tests mit den auf Goldstandard-Laborkulturen basierenden Tests und den jetzt standardmäßigen PCR-basierten DNA-Tests, bei denen zwei leistungsstarke DNA-Sequenzierungstechnologien zur Diagnose von Bakterien- oder Pilzinfektionen eingesetzt werden.
Bei der einen handelte es sich um einen tragbaren Sequenzierer im Taschenformat von Oxford Nanopore Technologies, der die Sequenzierung innerhalb von sechs Stunden abschließen kann und bisher fast ausschließlich von Forschungslabors verwendet wurde. Der zweite war der Illumina-Sequenzierer, der gleichzeitig mehrere Proben parallel sequenzieren kann und der bereits in einigen klinischen Labors eingesetzt wird, aber mehr als 24 Stunden für die Sequenzierung benötigt.
Die Wissenschaftler haben Körperflüssigkeiten – 180 Proben aus der Lunge und Umgebung, der Bauchhöhle, eitrigen Abszessen, dem Rückenmark, den Gelenken und anderen Stellen wie Mandelflüssigkeit und sogar Glaskörperflüssigkeit – von 160 Patienten ausgewertet, von denen 144 ins Krankenhaus eingeliefert wurden.
Im Vergleich zu Goldstandard und PCR diagnostizierten die Forscher 79 Prozent der bakteriellen und 91 Prozent der Pilzinfektionen mittels Illumina-Sequenzierung und 75 Prozent der bakteriellen und 91 Prozent der Pilzinfektionen mittels Nanoporen-Sequenzierung.
Mit Hilfe des metagenomischen DNA-Tests konnten die Forscher auch Infektionen bei sieben von zwölf Patienten diagnostizieren, deren Krankheiten nach einer Standardkultur oder einem PCR-basierten DNA-Test nicht diagnostiziert worden waren.
Die UCSF-Forscher sind der Ansicht, dass dieser metagenomische Test potenziell alle PCR-basierten DNA-Tests ersetzen kann, die heute zum Nachweis von Hunderten von Organismen, Bakterien, Keimen und anderen Krankheitserregern verwendet werden, die nicht ausreichend kultiviert werden können.
Quellen
- University of California, San Francisco, UCSF
- Nature Medicine
- Gu, W., Deng, X., Lee, M. et al. Rapid pathogen detection by metagenomic next-generation sequencing of infected body fluids. Nat Med 27, 115–124 (2021).
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