פרוטוקול זה משתמש ב-PCR בזמן אמת מרובה עם פריימרים/בדיקות המכוונים לגנים nuc ו-MRSA mecA ספציפיים ל-SA. הוא מאפשר זיהוי מהיר (<1 שעות) של חומצות גרעין SA/MRSA בדגימות ליחה אנושיות, תוך התגברות על מגבלות של שיטות מבוססות תרבית.
Research Article
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה משתמש ב-PCR בזמן אמת מרובה עם פריימרים/בדיקות המכוונים לגנים nuc ו-MRSA mecA ספציפיים ל-SA. הוא מאפשר זיהוי מהיר (<1 שעות) של חומצות גרעין SA/MRSA בדגימות ליחה אנושיות, תוך התגברות על מגבלות של שיטות מבוססות תרבית.
סטפילוקוקוס זהוב (S.aureus) הוא פתוגן אנושי גרם חיובי נפוץ הגורם לזיהומים נרכשים בקהילה וזיהומים נוסוקומיאליים, עם ביטויים קליניים מגוונים החל מנגעים שטחיים מקומיים והרעלת מזון ועד לזיהומים מערכתיים קטלניים. גילוי האנטיביוטיקה הפחית משמעותית את שיעור התמותה, אך בעיית העמידות לתרופות הפכה מאז לבולטת יותר ויותר. מאז הזיהוי הראשון של MRSA ב-1960, זן זה התגלה כאיום עולמי על בריאות הציבור. MRSA הוא פתוגן עיקרי של זיהומים נוסוקומיאליים, המסוגל לגרום למחלות קשות שונות כגון אנדוקרדיטיס, אוסטאומיאליטיס כרונית, דלקת ריאות, דלקת מפרקים פיוגנית ובקטרמיה. לכן, זיהוי מהיר ומדויק של S. aureus ועמידותו לתרופות הוא חיוני להנחיית הטיפול הקליני.
לשיטות הזיהוי השגרתיות הנוכחיות עבור S.aureus ו-MRSA יש מגבלות משמעותיות. שיטת תרבית החיידקים המסורתית, המשמשת כ"תקן הזהב" במשך עשרות שנים, יכולה לספק תוצאות סופיות לזיהוי מינים ורגישות לתרופות, אך התהליך גוזל זמן ולוקח 48 עד 72 שעות. יתר על כן, שיטה זו רגישה לזיהום ומסתמכת על מתקני מעבדה מיוחדים וטכנאים מיומנים. בדיקה סרולוגית משיגה אבחנה לא פולשנית על ידי זיהוי נוגדנים ל-S.aureus בסרום המטופל, אך היא אינה יכולה להבחין בין זיהומים פעילים לזיהומים קודמים, ואינה יכולה לזהות זנים עמידים לתרופות (כגון MRSA).
מחקר זה מתמקד בפיתוח שיטת זיהוי PCR פלואורסצנטית בזמן אמת חדשה כדי להתגבר על המגבלות שהוזכרו לעיל. שיטה זו מתכננת פריימרים ספציפיים ובדיקות פלואורסצנטיות של TaqMan המכוונות לגן ה-nuc הספציפי למין של S.aureus ולגן mecA המתווך עמידות למתיצילין, מה שמאפשר הגברה וזיהוי בו-זמנית של S.aureus ו-MRSA במערכת תגובה אחת. טכנולוגיה זו מפחיתה מאוד את זמן הזיהוי, ומספקת פתרון מהיר, מדויק וחסכוני לזיהוי S.aureus ו-MRSA. גישה חדשנית זו משפרת מאוד את יעילות האבחון הקליני ומאפשרת יישום מוקדם של טיפול אנטיביוטי ממוקד, מה שתורם תרומה חשובה לשליטה בזיהומים חיידקיים עמידים לתרופות.
S. aureus הוא פתוגן מותנה גרם חיובי נפוץ המתיישב ברירית האף של אנשים בריאים 1,2. כאשר חסינות המארח נפגעת, היא עלולה לגרום לזיהומי עור מקומיים, פלישה לרקמות עמוקות או מחלות מערכתיות (למשל, דלקת ריאות, אנדוקרדיטיס, אוסטאומיאליטיס ובקטרמיה)3. מתיצילין, פניצילין סינתטי למחצה, נמרח קלינית לזיהומי S. aureus ב-1959, ושנתיים לאחר מכן, MRSA הופיע בבריטניה, והתפשט במהירות למדינות אירופה כולל דנמרק, צרפת ושווייץ. עמידות MRSA לאנטיביוטיקה β-לקטם לא רק מסבכת את הניהול הקליני אלא גם מעלה משמעותית את סיכוני הזיהום5. גורמים מרובים - כולל קולוניזציה/התפשטות בלתי נשלטת, עלויות מניעה גבוהות ושימוש יתר באנטיביוטיקה - העלו ביחד את שיעורי הזיהום ב-MRSA6. בשל ההדבקה המהירה ומנגנוני העמידות המורכבים שלה, זיהומי MRSA קשורים לשיעורי תמותה גבוהים, עם כמעט 150,000 מקרים מדווחים ו->7,000 מקרי מוות מדי שנהבמדינות האיחוד האירופי. על פי נתוני המעקב של CHINET, שיעורי ההדבקה ב-MRSA בסין נותרו מעל 30% בחמשהשנים האחרונות. הסיכון הגבוה לזיהום צולב נוסוקומיאלי מגביר עוד יותר את הנטל על בריאות הציבור ומכביד על מערכות הבריאות 9,10. לכן, פיתוח טכנולוגיות יעילות ומדויקות לזיהוי מהיר של MRSA הוא דחוף מבחינה קלינית להשגת אבחון מוקדם, טיפול מותאם אישית, הפחתת תמותה והפרעה לשרשראות ההדבקה.
טכנולוגיות הזיהוי הנוכחיות עבור S.aureus ו-MRSA משתרעות על פני מספר תחומים, כולל זיהוי פנוטיפי, זיהוי גנומי, זיהוי טרנסקריפטומי, זיהוי פרוטאומי, טכנולוגיית ספקטרומטריית מסה וניתוחים מבוססי ביואינפורמטיקה11.
שיטות זיהוי פנוטיפיות, כגון שיטת דיפוזיה של דיסק (שיטת KB) ושיטת ריכוז מעכב מינימלי (שיטת MIC), מומלצות כ"תקני זהב" על ידי המכון לתקנים קליניים ומעבדתיים (CLSI) והוועדה האירופית לבדיקת רגישות אנטי-מיקרוביאלית (EUCAST). לשיטות אלו יש את היתרונות של היעדר צורך במכשירים מיוחדים, הנמצאים בשימוש נרחב למעקב אחר ספקטרום ההתנגדות וחקירה אפידמיולוגית. עם זאת, החסרונות שלהם ניכרים גם הם: תקופות תרבית ארוכות (מעל 24 שעות), ותוצאות שיטת KB עבור כמה אנטיביוטיקות חדשות דורשות אימות על ידי ערכי MIC, כאשר התוצאות עבור זני נקודת שבירה רגישים לגורמים אנושיים12,13.
מבין שיטות הגילוי ברמה הגנומית, ל-PCR קונבנציונלי יש מאפיינים של רגישות גבוהה וסגוליות חזקה, המאפשרים שיפוט ראשוני של עמידות וקיצור זמן הניסוי, בעלות נמוכה ויעילות גבוהה. אך מגבלותיו נעוצות ביכולת לזהות רק גנים עמידים ידועים ולהסתמך על מכשירים מיוחדים14. מנגנון העמידות המיקרוביאלית הוא מורכב ביותר, ולכן חיוני לפתח שיטות טכניות שיכולות לכסות פנוטיפים עמידים לא ידועים ולאפשר זיהוי מהיר. טכנולוגיית GoPhAST-R המתפתחת (AST גנוטיפ ופנוטיפי משולב באמצעות זיהוי RNA) קובעת פנוטיפים של עמידות על ידי זיהוי רמות ביטוי mRNA, המאפשרת זיהוי בו זמנית של גנים שונים הקשורים לעמידות על פני פתוגנים מרובים, קיצור זמן האספקה הניסויי והשגת דיוק של 94-99% בשילוב עם למידת מכונה15.
מבין שיטות הזיהוי ברמה הפרוטאומית, שיטת אגלוטינציה לטקס PBP2a מבוססת על קשירה ספציפית של אנטיגן-נוגדנים, עם פעולה פשוטה ותוצאות מהירות, בעלת סגוליות ורגישות גבוהה ל-MRSA. עם זאת, הוא אינו יכול להבדיל בין מינים שונים של סטפילוקוקים, ורגישות הזיהוי של ערכות מסחריות פחתה במידה מסוימת, ודורשת בדיקה חוזרת לאחר אינדוקציה עם אוקסצילין8.
שיטות זיהוי מבוססות MALDI-TOF MS, כגון שיטת DOT-MGA (DNA Oligonucleotide Tag-Microarray Detection of Genomic Amplification), משיגות ביצועים אנליטיים אופטימליים ב-6-8 שעות דגירה, עם שיעור זיהוי גבוה של 96.4%, וגם הרגישות והספציפיות הן 100%. אבל העלות גבוהה, והמיקומים המוגבלים על לוחית המטרה מקשים על איתור בו זמנית של מאות דגימות16,17.
בין טכנולוגיות ניתוח ביואינפורמטיקה בשילוב עם נתוני אומיקס לחיזוי עמידות, טכנולוגיית ריצוף גנום שלם בולטת ברזולוציה הגבוהה וביכולות ניתוח המידע המקיפות שלה. בשילוב עם מאגרי מידע לניתוח גנים של עמידות כמו Resfinder, הוא יכול לנתח אם זנים נושאים גנים עמידים ספציפיים, לחזות פוטנציאל עמידות, לזהות פולימורפיזמים של נוקלאוטידים בודדים (SNPs) ומוטציות גנים הקשורות לעמידות, תוך תמיכה באחסון וניתוח מחדש של נתוני גנום שלם18. עם זאת, שיטה זו דורשת הפעלה על ידי אנשי מקצוע בעלי רקע ביואינפורמטי, משמשת לעתים רחוקות בבדיקות יומיומיות, ומשמשת בדרך כלל לניתוח אפידמיולוגי או מעקב מולקולרי אחר פתוגנים19.
המתודולוגיות הנ"ל הן בעלות גבוהה, גוזלות זמן או עדיין בשלב המחקר והפיתוח. מבחינה קלינית, יש צורך דחוף בפתרון המאזן בין "מיידיות" ו"דיוק "- טכנולוגיית PCR פלואורסצנטית חדשה ממלאת את הפער הזה על ידי הגברה בו-זמנית של גנים nuc/mecA בצינור יחיד, ודחיסת מחזור הזיהוי לשעה אחת. זה מגשר במדויק על פער חלון הזמן בתהליך המסורתי של "סינון חירום - הקלדת התנגדות", ומספק כלי אבחון מולקולרי יעיל יותר בזמן למניעה ובקרה של זיהומים נוסוקומיאליים. בדיקת PCR ספציפית זו משמשת בעיקר לאיתור דגימות נשימה, עם דגימות כיח כדוגמה אופיינית. הוא מפגין רגישות של 500 עותקים/מ"ל וסגוליות גבוהה, תוך שהוא אינו מושפע מחומרים אנטיבקטריאליים. בשל מאפייני הביצועים החיוביים הללו, בדיקת PCR זו מחזיקה בערך יישום משמעותי לאבחון זיהומים בדרכי הנשימה ולמעקב אחר זיהומים נוסוקומיאליים הנגרמים על ידי MRSA.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
מחקר זה אושר על ידי ועדת האתיקה של בית החולים העממי של מחוז גואנגדונג (מס' אתיקה: KY2025-510-01). מידע מפורט לגבי החומרים המשמשים במחקר זה (ריאגנטים, כימיקלים, ציוד ותוכנה) ניתן למצוא בטבלת החומרים.
1. פרוטוקול איסוף ושימור דגימות
2. מיצוי חומצות גרעין
הערה: השלם את כל ההליכים בתוך ארון בטיחות ביולוגית כדי למנוע זיהום.
3. זיהוי qPCR של חומצות גרעין S. aureus וחומצות גרעין MRSA
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
זיהוי S . aureus ו-MRSA באמצעות qPCR
בהתבסס על גן ה-nuc הספציפי למין של S. aureus וגן העמידות לתרופות mecA של MRSA, עיצבנו פריימרים ובדיקות המסומנים בפלואורופורים מובהקים לזיהוי qPCR. כל תוצאות בקרת האיכות במהלך ניסויי qPCR נפלו באופן עקבי בתוך הסף המומלץ, מה שמאשר את מהימנות תוצאות הזיהוי (איור 1).
במחקר זה, אימתנו את הרגישות (גבול הזיהוי), הדיוק ושיעור ההתאמה החיובי/שלילי של ערכת הבדיקה.
...Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
זיהוי מדויק ומוקדם של עמידות למתיצילין הוא קריטי לפרוגנוזה של זיהומים הנגרמים על ידי S. aureus. זיהוי מוקדם של S. aureus ו-MRSA יכול להפחית את השימוש לרעה באנטיביוטיקה רחבת טווח ולהפחית את הלחץ הסלקטיבי המוביל להופעה והתפשטות של עמידות חיידקית.
שיטות זיהוי פנוטיפיות מסורתיות, כגון דיפוזיה של דיסק צפוקסיטין, דורשות תקופת טיפוח של 18-24 שעות ומציגות שיעורי שלילי כוזב גבוהים עבור זנים עמידים להטרו, מה שמקשה על מתן מענה לצרכי האבחון המהיר לזיהומי...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים מתחרים.
מחקר זה מומן על ידי קרן המחקר הרפואי של גואנגדונג (A2025034). עבודה זו נתמכה על ידי Shanghai BioGerm Medical Technology Co., Ltd. למממנים לא היה כל תפקיד בתכנון המחקר, באיסוף הנתונים ובניתוחם, בהחלטה לפרסם או בהכנת כתב היד.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| מחלץ חומצות גרעין אוטומטי | דאן | סמארט 32 | למיצוי DNA |
| BSC-1500IIA2-X | ביובייס | SEDA 20143222263 | ארון בטיחות ביולוגית |
| צנטריפוגה אלקטרונית | וולטק | צנטריפוגה את הנוזל הנותר מדופן הצינור | |
| ערכת זיהוי גנים עמידים לתרופות Staphylococcus aureus עמיד למתיצילין | בוג'י | ZC-HX-38-2 | איתור גנים עמידים לסטפילוקוקוס זהוב למתיצילין |
| ערכת מיצוי חומצות גרעין | בוג'י | TQ-BG-001-96B | חלץ חומצת גרעין |
| SLAN מערכת ניתוח PCR רפואית אוטומטית לחלוטין | הונגשי | ניתוח נתונים | |
| מכונת PCR בזמן אמת SLAN-96S | הונגשי | SLAN-96S | הגברת PCR כמותית פלואורסצנטית |
| תרמו סיינטיפיק NanoDrop | תרמו סיינטיפיק | ננו-דרופ אחד | ניתוח כמותי של DNA, RNA וחלבונים |
| מקפיאים בטמפרטורה נמוכה במיוחד (DW-YL450) | מלינג | SEDA 20172220091 | -20 מעלות; C לאחסון ריאגנטים |
| מערבולת-5 | קיילין-בל | לערבוב מגיב |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission