UC San Francisco sukurtas genomo testas, skirtas greitai aptikti beveik bet kokį patogeną – virusą, bakterijas, grybelį ar parazitą, po dešimtmečio naudojimo pasiteisino.
Šis testas gali labai pagerinti neurologinių infekcijų, sukeliančių tokias ligas kaip meningitas ir encefalitas, priežiūrą, taip pat pagreitinti naujų virusinės pandemijos grėsmių aptikimą. Jame naudojama galinga genomo sekos nustatymo technika, vadinama metagenomine naujos kartos sekvenavimu (mNGS).
Užuot ieškoję vieno tipo patogeno vienu metu, mNGS analizuoja visas mėginyje esančias nukleino rūgštis, RNR ir DNR.
„Mūsų technologija yra apgaulingai paprasta“, – sakė Charles Chiu, MD, Ph.D., UCSF laboratorinės medicinos ir infekcinių ligų profesorius ir vyresnysis tyrimo autorius. „Pakeitę kelis tyrimus vienu tyrimu, galime išvengti ilgų spėlionių diagnozuodami ir gydydami infekcijas.
Iš pradžių mokslininkai sukūrė klinikinį mNGS testą, skirtą smegenų skysčio (CSF) – nesugadinto skysčio, kuris plauna smegenis ir nugaros smegenis, analizei.
Testas dabar buvo atliktas tūkstančiams pacientų, turinčių nepaaiškintų neurologinių simptomų, tiek UCSF, tiek kitose šalies ligoninėse.
Straipsnyje, kuris pasirodo lapkričio 12 d Gamtos medicinakomanda parodė, kad mNGS testas teisingai nustatė 86% neurologinių infekcijų.
Tą pačią dieną paskelbtame tyrime Gamtos komunikacijoskomanda taip pat naudojo mNGS, kad nustatytų patogenus kvėpavimo takų skystyje, kurie gali sukelti pneumoniją, ir automatizavo, kad rezultatai būtų greičiau gauti.
Jie tikisi, kad automatizuotas testas galės aptikti naujus virusinius patogenus, galinčius sukelti kvėpavimo takų pandemijas, tokias kaip COVID-19.
Proveržis diagnozuojant retas, infekcines neurologines ligas
Neurologines ligas gali būti labai sunku diagnozuoti, ypač kai priežastis yra retas arba anksčiau nežinomas patogenas. Daugeliu atvejų kiekviena diena be diagnozės reiškia nuolatinį paciento būklės blogėjimą.
2010-ųjų pradžioje Chiu kartu su UCSF kolegomis mokslų daktaru Joe DeRisi ir medicinos mokslų daktaru Michaelu Wilsonu sukūrė naują metagenominės sekos nustatymo metodą, skirtą CSF nustatyti potencialiems patogenams, sukeliantiems neurologines infekcijas.
Atliekant bandymą, sekvenuojama visa genetinė medžiaga CSF, tada paleidžiamas kompiuterinės analizės vamzdynas, kad būtų atskirtos žmogaus sekos nuo bakterijų, virusų, grybelių ar parazitų kilusių sekų.
2014 m. komanda panaudojo technologiją, kad padėtų Viskonsino gydytojams gydyti jauną berniuką, kuris sunkiai sirgo intensyviosios terapijos skyriuje ir užsikrėtė nediagnozuota infekcija.
Ilgos serijos testų nepavyko išsiaiškinti, kas jam negerai, tačiau UCSF tyrimas užtruko vos 48 valandas, kol paaiškėjo, kad berniukas serga leptospiroze, kuri gydoma penicilinu. Gydytojai jį davė, ir jis visiškai pasveiko.
Netrukus mNGS testas tapo įprastas UCSF, o ligoninės ir klinikos visoje šalyje siunčia mėginius, kad juos apdorotų UCSF klinikinės mikrobiologijos laboratorija, kurios direktorius yra Chiu.
2016–2023 m. UCSF komanda atlikdama tyrimą ištyrė beveik 5000 CSF mėginių, iš kurių 14,4 % buvo užsikrėtę. Tuose mėginiuose testas tiksliai nustatė patogeną 86% atvejų.
„Mūsų mNGS testas veikia geriau nei bet kuri kita neurologinių infekcijų testų kategorija”, – sakė Chiu. „Rezultatai patvirtina jo naudojimą kaip svarbią diagnostikos ginkluotės dalį gydytojams, kurie dirba su pacientais, sergančiais infekcinėmis ligomis”.
Siekdami padidinti prieigą prie šios technologijos, Chiu, DeRisi, Wilson ir kiti padėjo įkurti Delve Bio, kuris dabar yra išskirtinis UCSF sukurto mNGS CSF testo tiekėjas.
„Šios išvados patvirtina mNGS įtraukimą į pagrindinę CNS infekcijų klinikinio tyrimo priemonę“, – sakė Steve'as Milleris, medicinos mokslų daktaras, „Delve Bio“ vyriausiasis medicinos pareigūnas.
„mNGS yra vienintelis nešališkiausias, išsamiausias ir galutinis patogenų aptikimo įrankis. Dėl savo gebėjimo greitai diagnozuoti infekciją, mNGS padeda priimti valdymo sprendimus ir gydymą pacientams, sergantiems meningitu ir encefalitu, todėl gali sumažinti sveikatos priežiūros išlaidas.”
Pasiruošimas kitai pandemijai
Jei jis veiks kaip išankstinio įspėjimo apie pandemijas sistema, mNGS testas turi būti greitas. Chiu ir jo kolegos jį pritaikė darbui su kvėpavimo takų skysčiais ir sugalvojo, kaip jį automatizuoti.
Nors CSF tyrimas apima daugiau nei 100 atskirų žingsnių ir gali užtrukti nuo dviejų iki septynių dienų, kvėpavimo testui reikia tik 30 minučių praktinio laiko, kol robotai ir algoritmai gali perimti.
„Mūsų tikslas buvo, kad visas procesas būtų baigtas per 12–24 valandas, o rezultatas būtų tą pačią arba kitą dieną“, – sakė Chiu.
Į Gamtos komunikacijos Tyrimo metu mokslininkai įrodė, kad šis testas gali aptikti kvėpavimo takų virusus, galinčius sukelti pandemiją, įskaitant SARS-CoV-2, A ir B gripą bei RSV per mažiau nei dieną, net jei mėginyje buvo tik nedideli viruso kiekiai.
Jie taip pat modeliavo technologijos gebėjimą aptikti skirtingus virusus arba naujai sukurtas padermes ir nustatė, kad ji gali hipotetiškai aptikti juos visus, jei jie atsirastų ateityje.
Tiek CSF, tiek kvėpavimo takų mNGS testo versijos gavo proveržio prietaiso pavadinimą iš JAV maisto ir vaistų administracijos (FDA).