Novel DNA microarray in sepsis diagnostics

Sepsis is defined as a documented infection with systemic inflammatory response syndrome (SIRS). When pathogens have been detected by blood culturing method, the condition is classified as a bloodstream infection (BSI). The frequency of severe sepsis is approximately 90.4 cases per 100 000 population in Europe and circa 751 000 cases annually in United States. Sepsis is associated with high mortality rates ranging up to 50 % in most severe cases. The presence of immunocompromising conditions, chronic diseases, prosthetic devices such as intravenous lines or urinary catheters and higher age are factors which typically increase the infection risk. Currently, common causative bacteria such as Staphylococcus aureus, other staphylococci, Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae are detected using blood culturing method. It is time-consuming, especially in case of fastidious and slow growing bacteria and thus initial empirical therapy typically contains broad-spectrum antimicrobial(s). Rapid methods for sepsis/BSI diagnostics are needed to improve patient outcomes, decrease length of stay in hospital and related costs. When causative pathogens are identified earlier, also appropriate antimicrobials can be administered earlier. The aim of this study was to develop a polymerase chain reaction (PCR) and microarray-based assay for the detection of main causative pathogens and methicillin resistance marker from patients with suspected sepsis/BSI. The assay, which utilized the Prove-it TubeArray platform, was first developed for detection of 12 bacterial species, coagulase negative Staphylococcus group and methicillin resistance marker. The performance of this assay was evaluated with blood culture samples. The bacterial panel was further improved for the detection of over 50 causative pathogens in sepsis/BSI. This optimized assay was clinically validated with over 3300 blood culture samples collected from HUSLAB, Finland and UCLH, United Kingdom. The developed assay, named P
Sepsis tarkoittaa vakavaa yleisinfektiota ja tulehdusreaktio-oireyhtymää, johon liitetään usein veriviljelypositiivisuus. Yleisyys Euroopassa on 90.4 tapausta 100 000 ihmistä kohden ja Yhdysvalloissa noin 751 000 tapausta vuosittain. Sepsikseen liitetään korkea kuolleisuus, jopa 50 %. Heikentynyt immuunipuolustus, krooniset sairaudet sekä korkea ikä saattavat lisätä sairastumisriskiä. Yleisimpiä aiheuttajabakteereita ovat muun muassa Staphylococcus aureus ja muut stafylokokit, Escherichia coli ja Klebsiella pneumoniae. Resistentit ja multi-resistentit bakteerikannat ovat yleensä hoidollisesti vaikeimpia, koska tehokkaan mikrobilääkehoidon kohdistaminen saattaa olla vaikeaa. Tällä hetkellä sepsis osoitetaan veriviljelydiagnostiikan avulla, jolloin mikrobi pyritään tunnistamaan potilaan verestä. Viljely on hidas menetelmä vaativissa kasvuolosuhteissa kasvavien mikrobien kohdalla, siksi potilaan empiirinen ensihoito koostuu yleensä laajakirjoisesta mikrobilääkkeestä tai lääkeyhdistelmistä. Nopeutetun diagnostiikan avulla mikrobi(t) pystyttäisiin tunnistamaan nopeammin ja näin ollen kohdistettu lääkehoito aloittamaan aikaisemmin. Tämän työn tavoitteena oli kehittää PCR-monistus- ja mikrosirutekniikkaan perustuva testi sepsiksen aiheuttajamikrobien tunnistamiseen. Ensin kehitettiin tunnistus 12 bakteerilajille, koagulaasinegatiiviselle stafylokki-ryhmälle sekä metisilliiniresistenssi-geenimarkkerille positiivisesta veriviljelynäytteestä. Testialustaksi optimoitiin Prove-it TubeArray -mikrosiru, jolla pystyi analysoimaan 1-24 näytettä kerrallaan. Testin toimivuus arvioitiin kerätyillä veriviljelynäytteillä. Seuraavassa vaiheessa mikrobipaneeli laajennettiin kattamaan yli 50 sepsiksen aiheuttajamikrobia. Tämän parannetun testiversion toimivuus arvioitiin yli 3300 veriviljelynäytteen avulla, jotka oli kerätty HUSLAB:ssa Suomessa ja UCHL:ssä Isossa-Britaniassa. PCR- ja mikrosirutesti nimettiin Prove-it Sepsis -testiksi, jolle määritettiin 94.7 %:n herkkyys ja 98.8 %:n tarkku