Метод CAST-R определяет чувствительность бактерии к антибиотику за три часа

При заболеваниях, вызванных бактериальными патогенами крови, необходимо быстро определить чувствительность возбудителей к антибиотикам. Так, при сепсисе каждый час задержки результата оборачивается увеличением летальности на 7,6%. В настоящее время золотым стандартом в определении антибиотикочувствительности служит метод микроразведений среды, в которой культивируется возбудитель. От старта культивирования до результата обычно проходит 36–48 часов. Это трудоемкий метод, требующий высокой квалификации исполнителя. Автоматизированные системы могут давать недостоверный результат. Чтобы преодолеть эти ограничения, китайские ученые разработали метод CAST-R, основанный на рамановской микроспектрометрии, и рассказали о нем в mLife.

Метод определения антибиотикочувствительности единичных микробных клеток без культивирования был разработан этой командой ранее. Рамановский спектр клетки состоит из тысяч пиков, соответствующих резонансную частоту химических связей внутриклеточных метаболитов. Такой спектр можно считать отражением метаболического состояния клетки. Если клетку накормить тяжелой водой, в новые метаболиты включатся атомы дейтерия. Связи C-D дают характерные полосы в спектре. Отношение интенсивности C-D полос к сумме C-D и C-H полос (C-D ratio, CDR) будет количественным отражением метаболической активности клетки. Основываясь на этом показателе, ученые предложили концепцию определения минимальной ингибирующей концентрации (МИК) по метаболической активности. Определяться будет не размножение клеток, а поглощение ими D₂O.

В новой работе ученые проверили, можно ли приметить такой подход для определения чувствительности Acinetobacter baumannii к тигециклину — антибиотику, который считается последним средством против резистентных инфекций. Ориентируясь на возможное клиническое применение подхода, ученые создали автоматизированную систему CAST-R (Clinical Antimicrobials Susceptibility Test Ramanometry).

Метод работает следующим образом. Все начинается с посева крови. Если образец положительный, он отправляется на CAST-R (аликвота отбирается на определение видов с помощью MALDI-TOF). Первый шаг CAST-R — предобработка образца на автоматизированном жидкостном модуле. Здесь клетки инкубируются с разными разведениями антибиотика, затем с тяжелой водой, промываются и наносятся на чипы для детекции. Чипы помещаются в автоматизированный модуль для рамановской микроспектрометрии. Затем проводится анализ данных: оценивается CDR для каждой концентрации антибиотика и делается вывод о чувствительности микроорганизма. По словам авторов, протокол CAST-R укладывается в три часа, из них только 10 минут уходит на ручной труд. Предварительное культивирование занимает 12–24 часа.

Метод валидировали на чувствительном (МИК ≤ 0,5 мг/л) и нечувствительном (МИК ≥ 1 мг/л) к тигециклину штаммах A. baumannii. Затем CAST-R применили к 100 клиническим изолятам A. baumannii и образцам крови, засеянным бактерией. Во всех тестах новый протокол сравнивали с золотым стандартом. Распределение штаммов в группы чувствительных и нечувствительных по результатам CAST-R хорошо соответствовало классификации, полученной методом микроразведений.

Наконец, с помощью CAST-R ученые проверили восемь антибиотиков (тигециклин, меропенем, цефтазидим, ампициллин/сульбактам, оксациллин, клиндамицин, ванкомицин и левофлоксацим) на 26 образцах крови от пациентов, содержащих Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Staphylococcus aureus или A. baumannii. Согласованность результатов CAST-R и метода микроразведений в этом эксперименте составила 93%.

По мнению авторов, полученные результаты в целом говорят о применимости CAST-R в клинике. Сейчас это быстрый и достаточно надежный метод, но его можно улучшить с помощью технологических решений, позволяющих определять рамановские спектры бактериальных клеток прямо в биологических жидкостях, а также совмещая результаты CAST-R с данными секвенирования.