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Nov 02, 2023
混合サンプルの迅速な抗生物質感受性検査と種の同定
Nature Communications volume 13、記事番号: 6215 (2022) この記事を引用する 10,000 アクセス数 7 引用数 22 Altmetric Metrics の詳細 抗菌剤耐性は、地球規模で増加している問題です。
Nature Communications volume 13、記事番号: 6215 (2022) この記事を引用
10,000 アクセス
7 引用
22 オルトメトリック
メトリクスの詳細
抗菌薬耐性は世界規模で問題が増大しています。 高抵抗環境下で個人に合わせた処方を可能にし、広域薬剤の使用を制限するために、クリニックでは迅速な抗生物質感受性検査 (AST) が緊急に必要とされています。 現在の迅速表現型 AST 法には種の同定 (ID) が含まれていないため、感度判定に ID が必要な場合には、時間のかかるプレーティングまたは培養が唯一の利用可能な選択肢となります。 ここでは、in situ FISH によるその後の遺伝子型決定を可能にするマイクロ流体チップの単一細胞レベルで表現型 AST を実行する方法について説明します。 個々の細胞の種に対する表現型の AST 応答を層別化することにより、混合サンプル中の各種の感受性プロファイルを 2 時間で決定することができます。 この原理実証研究では、4 種類の抗生物質と 7 種類の抗生物質を組み合わせた混合サンプルを使用した動作を実証します。
抗生物質耐性の急速な増加は人間の健康に対する深刻な脅威です。 効果的な抗生物質へのアクセスは現代医学の基礎であり、たとえば癌の治療や手術の前提条件です。 さまざまな調査1、2により、状況がどれほど深刻であるかについてさまざまな推定が行われていますが、行動を起こす必要があり、そうしなければ人的被害と世界経済への影響の両方のコストが膨大になるという共通の見解があります3。 専門家らも、この問題の少なくとも一部は、広範な抗生物質の無差別使用と誤用が原因であることに同意しています4。 この問題を克服するには、理想的には治療時点で、個別化された迅速な抗生物質感受性検査 (AST) が必要です5。 これらのツールがなければ、病原体と耐性プロファイルを特定するには数日かかるため、医師は多くの場合、広域抗生物質を処方する以外に選択肢がありません。
従来の表現型 AST (ディスク拡散寒天希釈またはブロス微量希釈) の限界は、効果を確認するために抗生物質の存在下または非存在下で長期間細菌を増殖させる必要があることです。 ただし、特定の種類の細菌感染症では、治療開始の 6 時間の遅れでも深刻な結果を招く可能性があります6。 その一例は敗血症であり、効果的な治療が受けられない場合、死亡リスクは 1 時間ごとに 7.6% 増加すると推定されています 7。 さらに、迅速な AST が存在しない場合、敗血症患者の 25% 以上が臨床医によって不適切な抗生物質で治療されており、これは死亡率と強く関連していることが示されています 8,9,10。 したがって、命を救うには、迅速かつ正確な AST が必要です。 しかし、AMRの増加を考慮すると、生命を脅かす状態が主な原因ではなく、むしろより良性の状態に対する抗生物質の大量使用が主な原因であると考えられます11。 有効な抗生物質の枯渇は、局所耐性の有病率が約 10 ～ 20% に達したときに第一選択の抗生物質を変更する戦略によっても引き起こされます。 迅速で信頼性の高い AST が利用可能であれば、依然として感受性が高い感染症の 80 ～ 90% に高耐性抗生物質を使用できる可能性があります。
命を救うことと処方を導くことの両方において、迅速な AST の必要性と利点は明らかであるため、過去 10 年間にいくつかの新しい方法が開発されました。 これらの方法は、いくつかの最近のレビュー (4、12 など) で説明されていますが、ここではさまざまな方法の長所と短所をすべて繰り返すことはしません。 簡単に言うと、これらの方法は、遺伝子型と表現型の 2 つのカテゴリに分類できます。 遺伝子型分析法は、抗生物質耐性に関連する特定の遺伝子マーカーを同定します。 これらの方法は特定の耐性遺伝子の存在を迅速に検出できますが、特に新しい耐性機構の急速な出現を考慮すると、完全にはほど遠い耐性機構に関する私たちの知識に依存しています13。 さらに、耐性遺伝子が存在しないからといって、抗生物質に対する感受性を予測することはできません 14。つまり、何を使用してはいけないのかは分かるかもしれませんが、何が効果があるのかは分からないのです。 表現型法では、細菌を抗生物質に曝露し、その表現型応答、たとえば溶解または増殖速度の低下をモニタリングします。 表現型手法は、耐性のメカニズムに関係なく機能します。 表現型反応がある場合、その細菌は感受性があります。 市場に出回っているさまざまな迅速表現型 AST は、患者のサンプリングから 6 時間以上増殖している陽性血液培養について、2 ～ 6 時間以内に答え (感受性か耐性か) を提供できます。 尿などの他のサンプルについては、サンプルをマイクロチップに直接ロードし、抗生物質の有無にかかわらず増殖速度を測定することで、グラム陰性種の応答時間を 30 分に短縮できます 15。