Atemwegsdiagnostik erreicht "Metaebene"

Bisher dauerte es Tage, um die Ergebnisse der Bakterienkultur zum Nachweis einer Atemwegsinfektion zu erhalten. In Zukunft liegt das Ergebnis wohl bereits nach sechs Stunden vor: Die metagenomische Sequenzierung macht es möglich.

Metagenomics weist bakterielle Infektionen nach

Bisher dauerte es Tage, um die Ergebnisse der Bakterienkultur zum Nachweis einer Atemwegsinfektion zu erhalten. In Zukunft liegt das Ergebnis wohl bereits nach sechs Stunden vor: Die metagenomische Sequenzierung macht es möglich.

Um bakterielle Infektionen der unteren Atemwege diagnostizieren zu können, mussten bisher Sputumproben genommen werden, um daraus Kulturen anzulegen. Dieses Nachweisverfahren ist jedoch mit einigen Tagen Dauer viel zu langsam. Neue Techniken könnten hier in Zukunft schnellere Diagnosen ermöglichen. Eine von ihnen, die metagenomische Sequenzierung, beinhaltet die gleichzeitige Analyse des gesamten Mikrobengenoms in einer Sputumprobe. Doch ein Problem bleibt dabei noch: Wie den immensen Überschuss an humanen Genen aus diesen Proben entfernen?

In einer aktuellen Arbeit präsentierten WissenschaftlerInnen nun erstmals Ergebnisse zu ihrer Entwicklung einer metagenomischen Diagnosemethode für bakterieller Infektionen der unteren Atemwege. Die im Probenmaterial reichlich enthaltenen menschlichen Zellen zerstörten sie mithilfe von Saponinen. Die bakterielle DNA wurde indes weiter angereichert. Anschließend analysierten die ForscherInnen die bakteriellen DNA-Fragmente und verglichen diese mit einer Referenzbibiothek mikrobieller DNA-Sequenzen. So wurde es letztlich möglich, einzelne Bakterienspezies zu identifizieren. 

Vielversprechende Ergebnisse der Metagenom-Analyse

Die kleine Pilotstudie mit 40 PatientInnen mit Atemwegsinfektionen zeigte im Vergleich mit dem Kulturstandard nach acht Stunden immerhin eine Sensitivität von 91,4% und eine Spezifität von 100%.

Interessant war zudem, dass die neue Diagnostikmethode in 5 der 40 Proben sogar pathogene Bakterien nachwies, welche der Kulturtechnik entgangen waren. Darunter fanden sich beispielsweise Moraxella catarrhalis, E. coli, H. influenzae sowie Klebsiella pneumoniae. Auf der anderen Seite entgingen aber ebenso der Metagenomanalyse drei Bakterienspezies, die die Kultur sicher erkannte, dies waren S. pneumoniae, H. influenzae und S. aureus.

Insgesamt betrachtet, erreichte die neue Methode nach weiterer Optimierung in der Probenaufbereitung sogar binnen sechs Stunden eine Sensitivität von 96,6% und eine Spezifität von 100%.

Quelle: Charalampous T et al., Nanopore metagenomics enables rapid clinical diagnosis of bacterial lower respiratory infection. Nat Biotechnol 2019; 37(7):783–792

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