Выявление типа бактерий, лежащих в основе инфекции, в клинических образцах, взятых из живых тканей, таких как кровь, моча или суставные жидкости, для быстрого определения наилучшей антимикробной терапии по-прежнему представляет собой серьезную проблему. Стандартный метод культивирования может занять несколько дней, чтобы выявить болезнетворные микроорганизмы, и они часто не могут полностью выявить их.
Под руководством Дональда Ингбера, М.D., Ph.D., в Институте биологической инженерии Висса при Гарвардском университете теперь сообщает о методе в PLoS, который позволяет быстро изолировать и концентрировать инфекционные бактерии из сложных клинических образцов, чтобы помочь ускорить идентификацию бактерий, и он должен быть в состоянии ускорить определение антибиотика. восприимчивость.
"Мы использовали FcMBL ? генно-инженерный патоген-связывающий белок, который мы разработали для нашей программы лечения сепсиса ? разработать быструю и простую технологию, которая поможет преодолеть это диагностическое препятствие," сказал Ингбер, директор-основатель Института Висса, профессор биологии сосудов Гарвардской медицинской школы и программы биологии сосудов в Бостонской детской больнице, профессор биотехнологии в Гарварде Джон А. Школа инженерии и прикладных наук Полсона. "Используя клинические образцы суставных жидкостей, мы смогли показать, что этот метод можно использовать для быстрого и эффективного выделения бактериальных патогенов для различных видов последующего анализа, включая ПЦР, который обычно используется для молекулярной диагностики в клинических лабораториях."
FcMBL представляет собой рекомбинантную форму белка крови человека, лектина, связывающего маннозу (MBL), слитого с частью домена Fc антитела. Сконструированный белок может связываться с более чем 90 различными микробными патогенами и токсинами, от грибов до бактерий, вирусов и паразитов, и даже связывает устойчивые к антибиотикам организмы.
В более ранних исследованиях [Гиперссылка], проведенных командой Ингбера, FcMBL использовался в качестве ключевого компонента диализного устройства для очистки крови для терапии сепсиса. Усилия Института Висс по улавливанию патогенов в различных приложениях финансируются Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA).
"Учитывая наши захватывающие результаты по извлечению патогенов из текущей крови с помощью FcMBL, мы спросили, можем ли мы также захватить живые бактерии из клинических образцов для подробного молекулярного анализа" сказал Майкл Супер, доктор философии.D., старший научный сотрудник Wyss, который помогал руководить этим исследованием.
В качестве отправной точки команда исследовала образцы, полученные от пациентов с инфекциями суставов или заменами суставов, где патоген Staphylococcus aureus может вызывать болезненное воспаление или образовывать бактериальные биопленки, которые часто делают искусственные поверхности опасными для здоровья, что приводит к недостаточности суставов или сепсису.
"Мы показали, что магнитные шарики, покрытые FcMBL, связываются с 12 клиническими S. aureus после того, как они были культивированы из инфицированных жидкостей суставов, и что мы могли изолировать их с помощью магнитов; однако в наших первоначальных исследованиях гранулы FcMBL не связывали S. aureus непосредственно в инфицированных жидкостях суставов. Затем мы поняли, что иммунные клетки и факторы в образцах пациентов маскируют молекулы сахара на бактериях, с которыми FcMBL обычно связывается. Это, вместе с вязким характером сложных клинических образцов, снижает эффективность гибридного белка," сказал супер.
Команда исправила обе проблемы с помощью коктейля из ферментов. Когда образцы суставов предварительно обрабатывают этим коктейлем, ферменты протеазы устраняют мешающие иммунные факторы, чтобы выставить поверхностные сахара бактерий для связывания FcMBL, в то время как другой фермент в смеси, гиалуронидаза, разрушает класс крупных полимеров, которые ответственны за высокую вязкость. суставных жидкостей.
"Используя этот подход, мы смогли выделить и сконцентрировать патогенный S. aureus всего за 2 часа, что может иметь огромное значение в клинических условиях, особенно в тех случаях, когда патогены нельзя культивировать прямо из образца. Это может позволить нам быстро выбрать лучший вариант противомикробного лечения в часто критических ситуациях," сказал Ален Бикар-Си, М.D. первый автор исследования, который в качестве приглашенного научного сотрудника Института Висса собрал образцы в больнице Joseph-Ducuing в Тулузе, Франция, где он специализируется на инфекционных заболеваниях.
После выделения патогенные бактерии могут быть идентифицированы на молекулярном уровне с помощью методов, которые либо ищут наличие фрагментов ДНК, специфичных для потенциальных патогенов, либо идентифицируются с помощью масс-спектрометрии, метода, который может исследовать все патогенные белки, присутствующие в образце. Исследователи Wyss также считают, что этот метод облегчит тестирование на чувствительность к антибиотикам, поскольку бактерии, полученные с помощью этого метода, живы.
"Этот метод изоляции можно использовать для быстрого выявления патогенов в других клинических образцах, включая кровь, мочу, мокроту и спинномозговую жидкость, и, таким образом, мы надеемся, что это сократит время, необходимое врачам для выбора оптимальной терапии. Помимо спасения большего количества жизней, этот новый метод также должен сократить использование антибиотиков широкого спектра действия или субоптимальных схем, и, таким образом, уменьшить развитие устойчивых к антибиотикам организмов, которые в долгосрочной перспективе становятся более общей угрозой," сказал Ингбер.