Мультиомики выявили прогностические биомаркеры для инфекций кровотока

Подготовила Елена Клещенко

Матиас Вильман, доцент Института медицинской микробиологии и гигиены Тюбингенского университета, и его соавторы изучили генетические характеристики и белки штаммов синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa, полученных от пациентов с инфекцией кровотока, и обнаружили четыре кандидатных биомаркера.

Как объясняет Вильман, исследователи обычно фокусируются на биомаркерах пациента, поэтому они приняли решение сосредоточиться на биомаркерах патогена. Авторы работы за несколько лет собрали 166 образцов крови у тяжелобольных пациентов ряда больниц. Сначала они секвенировали геномы всех изолятов P. aeruginosa с пангеномом из более чем 23 000 генов. Выяснилось, что рекомбинация вносит лишь незначительный вклад в разнообразие штаммов: тесно связанные изоляты обычно встречались в одной и той же больнице в узком временном интервале. Команда также обнаружила у штаммов широкий спектр чувствительности к антибиотикам. Статистический анализ показал, что изоляты можно разделить на четыре кластера, один из которых оказался связанным с повышенной смертностью пациентов в течение 30 дней.

Чтобы исследовать протеомы изолятов, группа Вильмана использовала количественный протеомный анализ с помощью масс-спектрометрии. Были идентифицированы 7 757 уникальных белков, при этом анализ не показал кластеризации, связанной с выживаемостью пациентов.

Затем группа применяла многоуровневый регрессионный анализ Кокса, чтобы выявить взаимосвязь между протеканием болезни и характеристиками патогена. Были исследованы 2 298 вспомогательных генов (то есть таких, которые встречаются не у всех штаммов), уровни 1 078 коровых белков (общих для всех штаммов), а также 107 парсимоничных вариантов известных факторов вирулентности — и уровень 30-дневной смертности. Удалось идентифицировать четыре характеристики патогена, одну геномную и три протеомные, связанные со смертностью. Три из четырех предикторов — ген helP, белки Prot7, Prot214 — увеличили риск летального исхода, а Prot330 (предположительно аминотрансфераза) имел, как пишут авторы, противовирулентный эффект.

Интересно, что helP, который кодирует бактериальный фермент хеликазу (этот фермент раскручивает вторичные структуры РНК перед трансляцией), вдвое увеличивает смертность у пациентов с сепсисом. Этот ген был найден у 22 штаммов и гораздо чаще встречался в кластере, ассоциированном с высоким уровнем риска. Ген helP в геноме бактерии расположен в области, связанной с островком патогенности PAPI-1, в непосредственной близости от кластера генов пилей — ворсинок, обеспечивающих в том числе бактериальный половой процесс. Вильман предположил, что его встречаемость в различных штаммах обусловлена горизонтальным переносом. Повышенные уровни Prot7 (он же бактериальный жгутиковый белок FliL) и Prot214 (бактериоферритин-подобный белок) также увеличивали риск смерти. Если FLiL может стать мишенью для терапии, то роль Prot214 остается загадкой.

По словам Вильмана, все исследование, от анализа крови до статистического анализа, заняло около двух месяцев: больше всего времени ушло на сбор образцов.

Есть вопрос, насколько точно профили белков в культуре соответствуют профилям белков патогена в кровотоке. Поэтому исследователи уделили максимум внимания helP — обнаружение гена не зависит от условий культивирования и сравнительно просто, поэтому он кажется наиболее привлекательным биомаркером для клинических условий.

Роберт Хэнкок, профессор микробиологии и иммунологии в Университете Британской Колумбии, не участвовавший в исследовании, подчеркнул, что успешная идентификация гена сообщает о повышенном риске, но не дает подсказки, как спасти пациента. Хэнкок также отметил, что команда Вильмана не установила, каким образом присутствие этого гена повышает смертность. Хотя helP имеет потенциал биомаркера, необходимо определить механизм действия хеликазы в данном случае. Хэнкок согласен с тем, что будущее за мультиомным подходом, поскольку он дает информацию, которую невозможно получить из несвязанных между собой наборов данных.

Вильман с коллегами еще не подали патентную заявку на использование helP в качестве биомаркера, однако коммерциализация открытия у них в ближайших планах. Они намерены связаться с коммерческими компаниями и попытаться включить его в панели для обнаружения P. aeruginosa при сепсисе.

Источник

Matthias Willmann et al. // Multi-omics approach identifies novel pathogen-derived prognostic biomarkers in patients with Pseudomonas aeruginosa bloodstream infection. // BioRxiv, 2018, DOI: 10.1101/309898 https://www.biorxiv.org/content/early/2018/04/28/309898