Diagnóstico más rápido de los patógenos de la septicemia

Los patógenos microbianos pueden diagnosticarse de forma inequívoca y en tan solo 24 horas mediante la secuenciación de alto rendimiento de su código genético y los algoritmos especiales utilizados en la evaluación bioinformática. Investigadores de Fraunhofer lo han confirmado mediante un estudio clínico llevado a cabo en pacientes con sepsis.

Se calcula que solo en Alemania 150.000 personas padecen sepsis cada año. A pesar de los avances médicos, entre el 30 y el 50% de los pacientes fallece. Uno de los motivos que provocan este gran índice de mortalidad es que a menudo el diagnóstico llega demasiado tarde y entonces el antibiótico únicamente puede combatir el patógeno causativo del síndrome. Generalmente, los patógenos de la septicemia se detectan mediante los denominados cultivos de sangre en los que el organismo patógeno de las muestras de sangre de los pacientes

es cultivado en el laboratorio. En estos casos suelen transcurrir de dos a cinco días hasta que se logra el crecimiento de los patógenos y se obtiene el resultado. Además, los hemocultivos suelen otorgar normalmente un resultado positivo en un 10-30% de los casos, proporcionando ayuda al médico tratante en su propuesta de terapia en una minoría de pacientes.

Debido al rápido progreso de los análisis de ácidos nucleicos, las tecnologías de alto rendimiento disponibles actualmente (NGS, secuenciación de última generación) posibilitan la secuenciación completa del genoma de organismos en tan solo unas horas, y permiten alinearlos contra las secuencias de genomas conocidas hasta la fecha.

Tomando como base estas tecnologías, investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología (IGB) han desarrollado una plataforma de diagnóstico alternativa para los casos de septicemia. Esta plataforma permite identificar bacterias, hongos o virus directamente mediante un análisis secuencial de ADN, sin necesidad de cultivar de antemano patógenos en el laboratorio. Los estudios clínicos llevados a cabo por investigadores junto con la Clínica Universitaria de Heidelberg han validado su método de diagnóstico con las muestras sanguíneas de pacientes con sepsis. Consiguieron identificar los microorganismos infecciosos mediante la secuenciación de alto rendimiento del ADN que circula libremente por la sangre (Cnaps, ácidos nucleicos circulantes en plasma y suero).

“Con nuestro método de diagnóstico de secuenciación de última generación, somos capaces de determinar en tan solo 24 horas qué patógenos fueron los causantes de la infección en los pacientes”, afirma el doctor Kai Sohn, jefe del grupo de trabajo de Genómica Funcional en Fraunhofer IGB. “Como resultado de la secuenciación directa de ADN en las muestras sanguíneas, ya no es necesario la prolongada fase de cultivo de microorganismos en el laboratorio. De esta manera, se pueden identificar los patógenos más difíciles de desarrollar en laboratorio”, comenta Sohn.

Otra ventaja: si además del ADN de las bacterias, las muestras contienen el de los virus u hongos, estos también son secuenciados, analizados e identificados. “Por ejemplo, en nuestro estudio hemos logrado identificar un patógeno viral como la causa de la enfermedad del paciente. El hemocultivo del paciente daba un resultado negativo porque este solo detecta bacterias”, explica el científico.

El método proporciona simultáneamente resultados cualitativos y cuantitativos. “Con nuestra tecnología, podemos reconocer en base al número de fragmentos de genoma qué patógenos abundan en el paciente y cuáles responden a la terapia”, señala Sohn. Esto permite al especialista implementar de forma inmediata las medidas terapéuticas de forma focalizada, en lugar de malgastar el tiempo con medicaciones erróneas.

Más del 99% del ADN que circula libremente por el plasma sanguíneo es de origen humano, por lo que la identificación de los patógenos de la septicemia es similar a buscar una aguja en un pajar. Por lo tanto, los investigadores utilizan un software especial para comparar los fragmentos secuenciados con una base de datos de genoma en la que han introducido secuencias de ADN de bacterias, hongos y virus disponibles públicamente.

No obstante, no todos los microorganismos identificados son necesariamente la causa de la septicemia. Uno de los principales retos de la evaluación de los datos de secuenciación es conocer si el hallazgo difiere del resultado estadístico esperado. Para poder responder a esta importante cuestión, Philip Stevens, especialista en bioinformática, ha desarrollado un algoritmo especial en su tesis doctoral en el Centro de Bioinformática Integrativa de Viena (Cibiv) y el Instituto de Ingeniería de Procesos Interfaciales y Tecnología del Plasma (IGVP) de la Universidad de Stuttgart.

La pieza central del método de diagnóstico para el que está pendiente la patente compara los resultados de la secuencia con los fragmentos secuenciados sanguíneos de personas sanas. “De esta manera, el algoritmo nos proporciona un marcador con el que evaluar la importancia de los datos y poder excluir el “ruido de fondo” microbiano, por ejemplo, las bacterias inofensivas de la piel o la flora intestinal, como relevantes en términos confirmatorios”, explica Stevens. El estudio clínico indica que el diagnóstico calculado tiene correlación con el hemocultivo y, además, podrían hallarse multitud de patógenos a través del nuevo método diagnóstico.

La resistencia de las bacterias a los antibióticos de uso común como la meticilina, la vancomicina o la tetraciclina comienza a ser una realidad cada vez más común debido a los correspondientes genes de resistencia. Por lo tanto, la secuenciación de alto rendimiento posibilita, en el mismo análisis, la identificación tanto de las especies biológicas del patógeno como los correspondientes genes de resistencia. Esto también ayudará al médico tratante a poner en marcha la terapia dirigida.

Con el fin de acortar el tiempo desde la muestra al diagnóstico final, los científicos tratan de estudiar la manera en la que el método puede transferirse a plataformas de secuenciación desarrolladas más recientemente. Con la secuenciación basada en nanoporos, por ejemplo, que actualmente se encuentra en fase de prueba, el ADN puede secuenciarse en un periodo de tiempo incluso inferior que anteriormente. En el futuro, se podrían diagnosticar específicamente infecciones en un periodo de entre tan solo seis y ocho horas. La validez del método es evaluada por expertos clínicos en otro estudio, cuyos datos serán publicados en breve. Los resultados positivos obtenidos por el método fueron considerados convincentes en un 96%. Se está preparando un estudio multicéntrico de validación con colaboradores clínicos líderes y comenzará a principios de 2018.

Fraunhofer IGB presentó el diagnóstico de septicemia mediante la secuenciación de última generación en la feria Medica en Düsseldorf del 13 al 17 de noviembre de 2017, en el stand conjunto de Fraunhofer (pabellón 10, stand G05).