近日,哥倫比亞大學(Columbia University)梅爾曼公共衛生學院的感染與免疫中心(CII)的科學家們開發出一種名為BacCapSeq的醫學診斷平臺。它是世界上首個可以同時篩查所有已知的人類致病菌,及其毒性和抗生素耐藥性標志物的診斷平臺。關于此平臺性能的詳細信息刊登在《mBio》期刊上。

根據世界經濟論壇的估計,抗生素耐藥性感染每年在美國造成約10萬人死亡,全球死亡人數更是高達70萬人,其中發展中國家負擔最重。而根據美國疾病控制和預防中心的數據,抗生素耐藥性在美國每年造成200-350億美元的直接損失,另外還有350億美元的生產力損失。如果不采取有效的措施來限制抗生素耐藥性的進一步增長,那么這一挑戰還將繼續增加。

“一旦被批準用于臨床,BacCapSeq將成為醫生的一種強大工具,可以快速且準確地篩查所有已知的致病菌,包括引起敗血癥的細菌——敗血癥是美國第三大致死原因,”論文第一作者,CII博士后研究員Orchid M. Allicock博士說:“這個平臺比傳統方法的靈敏度高1000倍,其準確性與一次只篩查一種細菌的專門測試水平相當。”

敗血癥是由血液感染引起的全身性炎癥的嚴重疾病,可能危及生命。如果能鑒別引起敗血癥的原因,就能給治療方案提供極為寶貴的信息。目前,用于檢測敗血癥的常用方法比較耗時,可能需要三天,而獲得有關抗生素耐藥性的信息則需要更長時間。在等待檢測結果時,醫生通常會給患者使用廣譜抗生素來控制病情,但這種做法會促進抗生素耐藥性菌株的增長。因此,如果有測試方法能迅速提供菌株耐藥性的信息,將能給患者帶來更好的治療效果,并且不會助長抗生素耐藥性菌株的發展。目前,BacCapSeq可在70小時內提供有關耐藥性的信息,但研究人員相信,隨著計算能力的提高,該平臺將變得更快,更迅速地提供測試結果。

BacCapSeq含有420萬個遺傳探針,每個探針都能結合特異的序列,用于檢測所有307種致病菌的特征DNA,以及抗生素耐藥性和毒性的生物標志物。當樣品中存在某些特定細菌和生物標志物時,一種磁力反應能“拉出”并鑒定其獨特序列。相比之下,迄今為止最先進的PCR系統最多也只能篩查19種致病菌,而且沒有一種方法能夠評估毒性和抗生素耐藥性。

哥大開發出一次篩查所有307種致病菌的檢測平臺

▲BacCapSeq團隊成員,從左到右:W. Ian Lipkin博士,Adam Price博士, Lokendra Chauhan先生, Thomas Briese博士, 郭誠博士, Orchid Allicock博士(圖片來源:參考資料[1])

在這項研究中,研究人員進行了幾項試驗來評估BacCapSeq的表現,他們測試了多種樣品,包括含有幾種不同細菌DNA的血液,含有細菌細胞的血液,血液培養樣本以及患有不明原因敗血癥的患者的血液樣本。在每種情況下,BacCapSeq平臺的性能都超過了傳統測試方法,有時還能檢測到其他檢測方法所遺漏的感染。在一個案例中,該平臺發現了陰道加德納菌(Gardnerella vaginalis)是導致一位艾滋病患者出現敗血癥的原因。陰道加德納菌極少與重大疾病相關,如果不是BacCapSeq平臺的全面篩查,很容易被遺漏。

“了解與微生物相關的信息必須成為精準醫學的一個組成部分,”CII主任,哥倫比亞大學公共衛生部流行病學教授W. Ian Lipkin醫學博士說:“能準確且盡早鑒別和診斷傳染病,并了解藥物敏感性的概況,將能夠降低死亡率、發病率和醫療保健費用。”

參考資料

[1] Breakthrough Test Screens for All Known Bacterial Infections, retrieved 2018/10/29, https://www.mailman.columbia.edu/public-health-now/news/breakthrough-test-screens-all-known-bacterial-infections

[2] Alicock et al., (2018). BacCapSeq: a Platform for Diagnosis and Characterization of Bacterial Infections. mBio, https://doi.org/10.1128/mBio.02007-18