Abstract

Háttér. A Gram-pozitív bakterémia korai felismerése és az időben történő megfelelő antimikrobiális terápia szükséges a betegek halálozásának csökkentése érdekében. Vizsgálatunk célja a Verigene Gram-pozitív vértenyésztési teszt (BC-GP) teljesítményének értékelése volt két speciális egészségügyi környezetben, valamint a Gram-pozitív bakterémia gyors vértenyésztési tesztjének lehetséges hatásának meghatározása a japán egészségügyi ellátórendszerben. A vizsgálat továbbá szimulált vértenyészeteket tartalmazott, amelyek Japán különböző földrajzi régióit tükröző, jól jellemzett meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) és vankomicin-rezisztens enterococcus (VRE) izolátumokat tartalmazó könyvtárat tartalmaztak. Módszerek. Összesen 347 BC-GP-tesztet végeztek klinikai és szimulált vértenyészeteken. A BC-GP-eredményeket összehasonlítottuk a molekuláris és MALDI-TOF MS módszerekkel a nemzetség/faj azonosítására és a rezisztenciagének kimutatására szolgáló referencia-módszerekkel kapott eredményekkel. Eredmények. A rezisztenciagének azonosítása és kimutatása során két klinikai helyszínen és szimulált vérkultúrákon a BC-GP és a referencia-módszerek általános egyezősége 327/347 (94%) volt. A BC-GP-vel történő azonosítás és az antimikrobiális rezisztencia kimutatásának ideje jelentősen rövidebb volt a rutinvizsgálatokhoz képest, különösen a kardiológiai kórházban, ahol hétvégén és ünnepnapokon nincs klinikai mikrobiológiai szolgáltatás. Következtetés. A BC-GP a rutin laboratóriumi módszerekkel összehasonlítva pontos azonosítást és rezisztenciamarkerek kimutatását eredményezte Gram-pozitív organizmusok esetében speciális klinikai környezetben, gyorsabb eredményeket biztosítva, mint a jelenlegi rutinvizsgálatok.

1. Bevezetés

A Gram-pozitív baktériumok a leggyakoribb szepszishez társuló mikroorganizmusok az egészségügyi intézményekben, és a bakterémia leggyakoribb okai a vérképző őssejt-transzplantáción átesett betegeknél . Az enterococcus bakteriémia a vérképző őssejt-transzplantáción átesett betegek fokozott halálozási kockázatával jár, függetlenül a vankomicinre való érzékenységtől . A kardiológiai osztályokon a fertőző endokarditisz, a fertőző aneurizma, a katéterrel kapcsolatos véráramfertőzések vagy a szívműtéteket követő műtéti helyszíni fertőzések a fő fertőzések, amelyek leggyakoribb kórokozó mikroorganizmusai a Gram-pozitív kokcik . Mindkét egészségügyi egységben a Gram-pozitív és rezisztens markerek korai felismerése nagyon fontos a betegellátás irányítása, az antibiotikum-stewardship és a rezisztens mikroorganizmusok terjedésének megelőzése szempontjából.

Mivel az antimikrobiális terápiával történő korai beavatkozás jobb prognózissal jár, mivel minden egyes óra késedelem a mortalitás növekedésével jár, a gyors diagnózis kritikus fontosságú . A Verigene Gram-pozitív vértenyésztési teszt (BC-GP) (Nanosphere, Inc., Northbrook, IL) egy olyan, a mintától az eredményig terjedő microarray rendszer, amely a gyakori Gram-pozitív baktériumok és a főbb rezisztencia markerek azonosítására szolgál közvetlenül a pozitív vértenyésztésből. Bár korábban számos tanulmány értékelte a BC-GP teljesítményét, amely a hagyományos módszertannal való 92-99%-os egyezést mutatott, a korábbi jelentések egyik korlátja az volt, hogy sok tanulmány az Egyesült Államokból, valamint Japánon kívüli országokból származott, és csak egy korlátozott terjedelmű, Japánban publikált jelentés volt .

A világ különböző földrajzi régióiban keringő baktériumcsaládok közötti genetikai eltérések befolyásolhatják az oligonukleotid szondákon alapuló molekuláris próbák érzékenységét a szervezetek vagy rezisztenciamarkerek kimutatására. Hongkongban és Belgiumban végzett tanulmányok alacsonyabb BC-GP teljesítményről számoltak be .

A tanulmány célja az volt, hogy meghatározza a BC-GP lehetséges hatását a betegkezelésre és a betegek kimenetelére a számos kihívással küzdő japán egészségügyi környezetben, speciális kórházi környezetben. Az egyre inkább elöregedő népesség és a növekvő általános egészségügyi költségek kísérő terhei kihívások elé állították az egészségügyi infrastruktúrát. Annak ellenére, hogy Japánban a rezisztens baktériumok által okozott kórházi fertőzések több mint 90%-át a meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) okozza, a költségcsökkentés részeként sok egészségügyi intézményben gyakori a klinikai mikrobiológiai vizsgálatok kiszervezése vagy a hétvégi lefedettség hiánya. Ez a tanulmány a BC-GP első átfogó értékelése Japánban a klinikai teljesítményének validálása érdekében. A szimulált vértenyésztési vizsgálat a Japánban keringő, jól jellemzett, egészségügyi ellátással összefüggő MRSA (HA-MRSA), közösségben szerzett MRSA (CA-MRSA) és vankomicin-rezisztens enterococcus (VRE) törzsek könyvtárát tartalmazza.

2. Módszerek

A Toranomon Kórházban (TH) és a Sakakibara Szívintézetben (SHI) a helyspecifikus intézményi felülvizsgálati bizottság által jóváhagyott vizsgálati protokolloknak megfelelően a 2012. június 26. és 2013. március 6. közötti időszakban végezték a BC-GP értékelését. A TH egy 1168 ágyas általános oktatókórház 123 ágyas, vérképző őssejt-transzplantációval foglalkozó hematológiai ellátóegységgel, amely évente 140-160 vérképző őssejt-transzplantációt végez. A kórház mikrobiológiai laboratóriuma a nappali órákban naponta működik. Az SHI 320 ágyas, szív- és érrendszeri betegségekre szakosodott oktatókórház, ahol évente több mint 1500 nyitott szívműtétet végeznek. A kórház mikrobiológiai laboratóriumát egy külső kereskedelmi referencialaboratórium működteti. A mikrobiológiai laboratórium hétköznapokon nappali műszakban működik, hétvégén és ünnepnapokon zárva tart.

A vértenyésztést az SHI-ban BacT/ALERT FA palackokkal és BacT/ALERT 3D (bioMérieux, Marcy l’Etoile, Franciaország) monitorozással végezték. A TH BACTEC Plus palackokat és BACTEC 9240 és FX (Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ) monitorozást használt. A vizsgálatba betegenként csak egy pozitív, Gram-pozitív kokkuszokat vagy bacilusokat tartalmazó vértenyésztő palackot vontak be. Két ml pozitív vértenyésztő táptalajt -85C-on tároltunk az ismételt vizsgálathoz.

Az izolátumok rutin mikrobiológiai azonosítását és érzékenységi vizsgálatát hagyományos azonosítási tesztekkel végeztük, mint például az epeoldhatóság, az optochin lemezes érzékenység és a MicroScan WalkAway rendszer (Beckman Coulter, Pasadena, CA) a TH-nál és a Vitek 2 rendszer (bioMérieux, Marcy l’Etoile, Franciaország) az SHI-nál. A meticillinrezisztencia cefoxitin-szűrését a CLSI iránymutatásai szerint végeztük. A PBP2a penicillinkötő fehérje kimutatására latex agglutinációs tesztet is alkalmaztak .

BC-GP vizsgálatot végeztek a Gram-pozitív organizmusokat mutató pozitív vértenyészeten a gyártó utasításai szerint. Röviden, a vértenyésztési táptalajból egy jól összekevert 350 μl-es mintát pipettáztak a BC-GP nuklein extrakciós tálca mintakútjába, majd a Verigene Processor SP készülékre helyezték feldolgozásra és a Verigene Reader készülékkel történő elemzésre.

Az értékelés során megállapították, hogy 139 pozitív vértenyésztési táptalaj esetében mekkora időbeli különbség van a BC-GP és a tenyésztésen alapuló azonosítás és az antimikrobiális érzékenység eredményeinek jelentése között. A tenyésztésen alapuló eredmények esetében a végleges jelentés elkészítéséig szükséges idő a Gram-festés leolvasása és a végleges azonosítási és érzékenységi eredményeknek a laboratóriumi információs rendszerbe történő bevitele közötti idő volt. A BC-GP esetében az eredményig eltelt idő a Gram-festés leolvasása és a BC-GP eredményeknek a laboratóriumi információs rendszerbe történő bevitele közötti idő volt.

A BC-GP értékeléséhez 208 szimulált vértenyészetből álló kihíváskészletet állítottak össze Japán különböző földrajzi régióiból származó típus, referencia törzsek és klinikai törzsek felhasználásával. A klinikai törzsek olyan organizmusokat tartalmaztak, amelyek a TH és az SHI korábbi klinikai vizsgálataiban kihívást jelentettek a kereskedelmi azonosító rendszerek számára. Ezenkívül egy Japánból származó, jól jellemzett HA-MRSA, CA-MRSA és VRE törzsekből álló könyvtárat is teszteltek. A szimulált vértenyésztési vizsgálatokat a Miroku Medical Laboratoryban (Saku City, Nagano prefektúra, Japán) végezték. Kétszáznyolc törzset steril sóoldatban kb. 100 CFU/ml zavarosságúra állítottak be. Háromszáz μl-t beoltottunk 8-10 ml emberi teljes vért (vércsoport O, Tennessee Blood Services, Memphis, TN) tartalmazó BACTEC Plus Aerobic/F palackokba, hogy a végső beoltás 30 CFU/palack legyen. Egy BACTEC Plus Anaerobic/F palackot is beoltottak a S. pneumoniae és a S. anginosus csoport számára. Mindegyik palackot addig inkubáltuk a BACTEC rendszerben, amíg pozitív jelet nem kaptunk. Ha a BC-GP negatív eredményt adott, a vértenyésztő táptalaj 11-szeres hígítását steril desztillált vízzel ismételten teszteltük.

A két kórházi helyszínen a pozitív vértenyésztési izolátumokat 10%-os sovány tejben (Difco) tároltuk -85C-on. A fajok azonosítását mátrix-asszisztált lézer deszorpciós ionizációs repülési idejű tömegspektrometriával (MALDI-TOF MS) erősítettük meg (Microflex LT with Biotyper ver. 3.0 szoftver; Bruker Daltonik GmbH, Bréma, Németország) minden törzs esetében. Ha a szervezetet a MALDI-TOF MS segítségével nem azonosították faji szinten (pontszám < 2,0) vagy Micrococcus, Listeria, Staphylococcus, kivéve S. aureus, Streptococcus, kivéve S. pyogenes és S. agalactiae néven azonosították, a Juntendo Egyetemen vagy a Tokyo Women’s Medical University-n megerősítő vizsgálatot végeztek a 16S rDNS vagy a sodA közvetlen PCR-szekvenálásával. Minden staphylococcusban a mecA és minden enterococcusban a vanA, vanB kimutatására specifikus PCR-t végeztek. A törzsek jellemzésére használt, a közösségben vagy az egészségügyi ellátásban szerzett MRSA SCCmec tipizálására használt módszereket korábban már leírták .

A konvergenciát a referencia-módszerek eredményeivel összehasonlítva határozták meg. Egyetértés akkor volt, ha a BC-GP célzott kimutatása megegyezett a referenciamódszerrel akár nemzetség-, akár fajszinten. A kilencvenöt százalékos konfidenciaintervallumokat (95% CI) és a páros -próbát GraphPad StatMate (GraphPad Software Inc., San Diego, CA) segítségével határoztuk meg.

3. Eredmények

Ebben a vizsgálatban a BC-GP és a referencia-módszer közötti általános azonosítási egyezés 327/347 (94%) volt a két klinikai helyszínen végzett prospektív vértenyésztések és szimulált vértenyésztések esetében. A PCR és a BC-GP együttes egyezése a mecA kimutatására 71/73 (97%) volt a prospektív vértenyészetek és a szimulált vértenyészetek esetében.

A két kórházi helyszín együttes azonosítási pontossága 129/139 (93%) volt. A monomikrobiális kultúrák esetében az azonosítási pontosság 121/124 (98%) volt. A PCR és a BC-GP közötti egyezés a mecA-pozitivitás tekintetében 51/53 (96%) volt. Az 1. táblázat a TH eredményeit mutatja. Összességében a BC-GP 96/104 (92%) organizmust azonosított helyesen faj- vagy nemzetségszintig, beleértve a rezisztenciagének kimutatását is. Amint a 2. táblázat mutatja, a BC-GP és a referencia-módszer teljes egyezése az SHI-nél 33/35 (94%) organizmus volt.

A BC-GP csak a S. aureus és a S. epidermidis esetében jelenti a mecA jelenlétét. Ebben a vizsgálatban a 102 staphylococcustörzsből 72 volt vagy S. aureus vagy S. epidermidis. Az eltérő eredmények a mecA pozitív és a mecA negatív S. epidermidis-t egyaránt tartalmazó polimikrobiális kultúrákban nem kimutatható mecA S. epidermidis organizmusoknak voltak köszönhetőek. A 30 Staphylococcus spp. közül a S. epidermidis és a S. aureus kivételével 21 (70%) volt mecA-pozitív, köztük 2 S. lugdunensis, amelyet a BC-GP nem tudott mecA-pozitívként jelenteni.

A 3. táblázat a BC-GP-eredmények és a kultúraalapú végleges azonosítás és az antimikrobiális érzékenység eredményei közötti időbeli különbséget mutatja a két kórházban. A BC-GP eredmények átlagosan 28,2-51,0 órával a tenyésztésen alapuló végleges azonosítási és érzékenységi eredmények előtt álltak rendelkezésre a TH-ban. Az SHI-ben a BC-GP átlagosan 34,5-196,6 órával korábban hozta meg az eredményeket. A TH-nál és az SHI-nél a tenyésztésen alapuló végleges azonosítási és érzékenységi eredményekig eltelt idő összehasonlításakor a S. aureus kivételével a S. epidermidis és a koaguláz-negatív staphylococcusok, kivéve a S. epidermidis, az enterococcusok és a streptococcusok esetében az SHI-nél jelentősen () hosszabb időre volt szükség (83,3, 123,6, 159,1 és 199,1 óra), mint a TH-nál (40,8, 53,9, 36,1 és 53,5 óra).

A szimulált Gram-pozitív vértenyészetek felhasználásával a BC-GP a szervezetek 198/208 (95%) szervezetét azonosította helyesen (4. táblázat). Hat streptococcust (3%) a BC-GP vagy helytelenül azonosított, vagy csak a nemzetség szintjén azonosított. Ami a 4 BC-GP-vel hamisan negatív vértenyésztési palackot illeti, 1 S. pyogenes-t helyesen azonosítottak, és 1 S. mitis pozitív Streptococcus genus/S. pneumoniae jelet generált a vértenyésztő táptalaj 11-szeres hígítását követően. A mecA gént 20/20 (100%) MRSA organizmusban mutatták ki, amelyek a közösségben szerzett (SCCmec IIa, IV és V típusú) és az egészségügyi ellátással összefüggő (SCCmec I, IIb, III típusú és nem tipizálható) törzseket képviselik BC-GP-vel. A BC-GP 14/14 (100%) vanA és 20/20 (100%) vanB gént mutatott ki a korábbi japán vizsgálatokból származó, jól jellemzett VRE törzsekben.

4. Megbeszélés

A BC-GP vizsgálatunkban megfigyelt teljesítménye hasonló volt a korábbi jelentésekhez . Mivel Japán számos kórházában a klinikai mikrobiológiai szolgálatokat kiszervezték vagy nem működnek hétköznapokon műszakon kívül, hétvégén és ünnepnapokon pedig zárva vannak, a gyors diagnosztikai tesztelés jelentős potenciállal rendelkezik a betegellátás befolyásolásában azáltal, hogy drámaian csökkenti az organizmusok azonosításához és az antimikrobiális érzékenységre vonatkozó eredményekhez szükséges időt.

A BC-GP a jelintenzitás mérése alapján minden staphylococcusban kimutatja a mecA-t; a jelentés azonban a S. aureusra és a S. epidermidisre korlátozódik egy olyan algoritmus alapján, amelyben a mecA-t csak akkor jelentik, ha a BC-GP S. aureust vagy S. epidermidist mutat ki. A BC-GP jövőbeli verzióiban fontolóra kell venni az algoritmus módosítását, hogy a S. aureustól vagy S. epidermidis-től eltérő staphylococcusok mecA kimutatását is jelenthessék, mivel a vizsgálatunkban szereplő 30 nem S. aureus és S. epidermidis törzs 70%-a meticillinrezisztens volt. Bár a S. epidermidis a fő koaguláz-negatív staphylococcus patogén, más staphylococcusok, mint például a S. lugdunensis és a S. haemolyticus fontos kórokozók az egészségügyi környezetben .

A polimikrobiális pozitív vértenyészetek okozták az eltérések többségét. Ezzel szemben a BC-GP teljesítménye 121/124 (98%) volt monomikrobiális klinikai vértenyészetekben és 198/208 (95%) szimulált vértenyészetekben. Ebben a vizsgálatban a TH és SH pozitív vértenyészetek közül 14/106 (13%) és 3/33 (9%) esetében a polimikrobiális vértenyészet volt a felelős. A polimikrobiális tenyészetek együttesen a prospektív klinikai vértenyészetek 17/139 (12%) részét tették ki, ami összhangban van a korábbi tanulmányokkal, amelyek szerint a véráramfertőzések 6-20%-a polimikrobiális. A BC-GP a polimikrobiális tenyészetek 12/17 (70%) esetében helyesen azonosította az összes organizmust. A korábbi BC-GP vizsgálatokban a polymikrobiális tenyészetek helyes azonosítási aránya 57 és 86% között mozgott. Mivel a félrevezető információk befolyásolhatják a klinikai diagnózist, ami az antimikrobiális szerek nem megfelelő kiválasztásához vezethet, meg kell érteni a BC-GP korlátait.

A polimikrobiális tenyészetekkel kapcsolatban további gondot jelent a mecA kimutatás és a staphylococcus kimutatás klinikai értelmezése. A mi 17 polimikrobiális tenyészetünkben 5 mintában 2 vagy 3 staphylococcus törzset találtunk mecA-val vagy anélkül. Ez a vancomycin szükségtelen alkalmazásához vagy a meticillinrezisztens staphylococcusok által okozott fertőzés alulbecsléséhez vezethet. A BC-GP megismétlése egy másik vértenyésztési sorozaton csökkentheti ennek a problémának a kockázatát. A monomikrobiális tenyészetek vagy szimulált tenyészetek esetében 1 S. caprae törzs kivételével az összes eltérést streptococcusoknál figyelték meg. A BC-GP téves azonosítása a streptococcusok esetében 2 S. mitis-t S. pneumoniae-ként azonosítottak, 2 S. pneumoniae-t, 2 S. anginosus csoportot és 2 S. pyogenes-t nem mutattak ki. Korábbi jelentések hasonló eredményekről számoltak be a S. mitis, S. oralis és S. pneumoniae esetében is. Mivel a S. mitis, S. oralis és S. pneumoniae közötti genetikai rokonság jól ismert a 16S rRNS génszekvenciák >99%-os homológiája alapján , a S. pneumoniae vagy Streptococcus alfa-hemolízissel rendelkező, pozitív fajspecifikus jelek nélküli BC-GP eredményeket gondosan kell értelmezni és hagyományos módszerekkel, például optochin-érzékenységgel vagy az epeoldhatósági teszttel megerősíteni. Érdekes módon az eredeti vértenyésztő táptalaj 11-szeres hígítása a Streptococcus-jel és a fajspecifikus jel kimutatásához vezethet (4. táblázat). A BC-GP-vel történő kimutatásnak az organizmustól függő tartományáról számoltak be .

A BC-GP használatának legfőbb előnye, hogy a pozitív vértenyészetből származó azonosítás és rezisztencia meghatározók jelentése hamarabb megtörténik, ami lehetővé teszi a megfelelő antimikrobiális terápia korábbi kiválasztását és az olyan infekciókontroll intézkedések végrehajtását, mint az izoláció és a kontaktus elővigyázatosság . Ez jelentős hatást gyakorolhat a japán egészségügyi ellátórendszerre. A 3. táblázatban látható, a BC-GP eredmények és a végleges tenyésztésen alapuló azonosítási és érzékenységi eredmények közötti időbeli különbség a TH-nál összhangban van a korábbi jelentésekkel . Másrészt a BC-GP használatával az SHI-nél a S. aureustól eltérő organizmusokra vonatkozó korábbi, 80,7-196,6 órás eredmények a klinikai mikrobiológiai szolgáltatások hétvégén és ünnepnapokon való elérhetetlenségét tükrözik. Mivel a klinikai mikrobiológiai szolgáltatásokat Japánban sok kórházban kiszervezik, vagy hétköznapokon egy műszakra korlátozódnak, illetve hétvégén nem kínálják, a vértenyésztési szolgáltatások kórházakban való megtartásának potenciális költség-haszon aránya jelentős. Továbbá az általános laboratóriumi laboratóriumi személyzet képzése a Gram-pozitív kokkuszok és bacilusok felismerésére lehetővé teszi a BC-GP-vizsgálatokat hétvégén és esténként/éjszaka is. A BC-GP lehetőséget biztosít a kórházak számára, hogy házon belül tartsanak fenn egy nagyon fontos laboratóriumi szolgáltatást.

Összefoglalva, a BC-GP a rutin tenyésztésen alapuló laboratóriumi módszerekkel összehasonlítva pontos azonosítást és a rezisztenciamarkerek kimutatását biztosította a Gram-pozitív organizmusok, köztük a Japánban keringő CA-MRSA, HA-MRSA és VRE törzsek esetében. Az antimikrobiális terápia optimalizálásához szükséges idő minimalizálása a BC-GP használatával hozzájárulhat a költségek csökkentéséhez és a betegellátás javításához. 2016-ban a BC-GP megkapta a hatósági engedélyt Japánban, és ezzel az első olyan többcélú molekuláris teszt lett, amelyet pozitív vértenyészet esetén in vitro diagnosztikai eszközként engedélyeztek a bakteriális véráramfertőzések diagnózisának segítésére. További vizsgálatokra lesz szükség a BC-GP költséghatékonyságának validálásához a japán egészségügyi ellátórendszer kontextusában.

Etikai jóváhagyás

Ezt a vizsgálatot a TH és az SHI belső felülvizsgálati bizottsága hagyta jóvá.

Kompetitív érdekek

A szerzők mindegyike kijelenti, hogy nem áll fenn konkurens érdekeltsége.

A szerzők hozzájárulása

Ken Kikuchi tervezte és végezte a vizsgálatot, és fogalmazta meg a kéziratot. Mari Matsuda, Shigekazu Iguchi, Tomonori Mizutani, Kaori Sansaka, Kenta Negishi, Kimie Shimada, Shigeyuki Notake, Hideji Yanagisawa és Reiko Yabusaki végezték a laboratóriumi munkákat. Keiichi Hiramatsu, Michiru Tega-Ishii, Jun Umemura, Hiroshi Takahashi, Hideki Araoka és Akiko Yoneyama felügyelte az adatgyűjtést, valamint koordinálta és részt vett a tanulmány tervezésében.

Köszönet

Ezt a tanulmányt részben a Japán Oktatási, Kulturális, Sport, Tudományos és Technológiai Minisztérium (MEXT) által a magánegyetemek stratégiai kutatási projektjeinek alapításához nyújtott támogatás (S0991013) támogatta.