Błyskawiczna identyfikacja patogenów bakteryjnych – rewolucja w diagnostyce zakażeń

Tradycyjna diagnostyka zakażeń bakteryjnych opiera się na czasochłonnym procesie izolacji patogenów i hodowli bakteryjnej. Takie podejście, choć skuteczne, wymaga zazwyczaj kilku dni, zanim możliwe będzie wdrożenie celowanego leczenia. Przełomowe badania zespołu kierowanego przez prof. Nicole Strittmatter z Katedry Chemii Analitycznej na Technische Universität München (TUM) oraz dr. Jamesa S. McKenzie z Imperial College London mogą diametralnie skrócić ten czas – do zaledwie kilku minut.

Nowatorska metoda: identyfikacja metabolitów zamiast bakterii

Zamiast szukać bezpośrednio patogenów, naukowcy opracowali metodę pozwalającą na identyfikację produktów metabolizmu bakterii za pomocą spektrometrii mas. Badania przeprowadzono na próbkach tkanek oraz kału. Dzięki tej technice możliwe jest szybkie i czułe wykrycie biomarkerów specyficznych dla danej bakterii, bez konieczności czasochłonnej hodowli.

Centrum tego podejścia stanowi rozbudowana baza danych obejmująca jak dotąd 232 gatunki bakterii istotnych klinicznie oraz ich produkty metaboliczne. Na podstawie tych danych określono charakterystyczne biomarkery, które umożliwiają identyfikację drobnoustrojów wywołujących poważne choroby, takie jak:

• rak żołądka (związany m.in. z Helicobacter pylori),
• zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych i zapalenia płuc (Neisseria meningitidis, Streptococcus pneumoniae),
• zakażenia okołoporodowe i przedwczesne porody,
• rzeżączka (Neisseria gonorrhoeae),
• sepsa.

Zastosowanie w medycynie spersonalizowanej

Prof. Nicole Strittmatter podkreśla potencjał nowej metody w medycynie spersonalizowanej:

„To jeden z kluczowych kierunków rozwoju współczesnej biotechnologii i medycyny. Celowane interwencje terapeutyczne mogą znacząco zwiększyć skuteczność leczenia. Naszym zadaniem jako analityków jest dostarczanie lekarzom nowoczesnych narzędzi i metod diagnostycznych.”

Z kolei doktorant Wei Chen z Wydziału Nauk Przyrodniczych TUM wskazuje, że dzięki pośredniemu wykrywaniu bakterii – poprzez ich metabolity – możliwa jest znacznie szybsza diagnostyka.

Kierunek: rozwój bazy danych i praktyczne wdrożenie

Aby nowa metoda mogła znaleźć stałe zastosowanie w praktyce klinicznej, konieczne jest dalsze rozszerzanie bazy danych metabolitów. Naukowcy przypominają, że znanych i opisanych jest ponad 1400 patogenów bakteryjnych, z których każdy posiada unikalne produkty metabolizmu. Ich identyfikacja i dokumentacja stanowi kolejny krok na drodze do wdrożenia tej technologii w diagnostyce przyłóżkowej oraz w laboratoriach szpitalnych.

Publikacja wyników badań ukazała się na łamach czasopisma Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-024-55457-7).

Źródło: Technical University of Munich (TUM), fot. Robert Reich / TUM