骨髄炎における迅速な細菌評価: コロニー形成単位を超えて

Core Concepts

コロニー形成単位(CFU)は細菌負荷を定量化する標準的な方法であるが、感度が低く、in vitroでの培養性に依存するという欠点がある。本研究では、オステオサイト様細胞モデルと臨床骨検体を用いて、CFUと細菌ゲノムコピー数の不一致を示し、細菌負荷の定量化に改善されたワークフローを提供する。

Abstract

本研究では、細菌/宿主細胞の相互作用を調べるために、オステオサイト様細胞モデルと臨床骨検体を用いた。

CFUは細菌負荷を定量化する標準的な方法だが、感度が低く、in vitroでの培養性に依存するという欠点がある。
直接溶解法と デジタルドロップレットPCR(ddPCR)を組み合わせることで、迅速かつ正確な細菌負荷の定量化が可能となった。
in vitro実験では、CFUと細菌ゲノムコピー数の間に最大106倍の差が見られた。これは、理想的な微生物培養条件と細胞内環境の違いによるものと考えられる。
臨床検体では、培養陰性の3症例から、コアグラーゼ陰性ブドウ球菌が検出され、104-106個/百万ヒトゲノムコピーの細菌負荷が定量された。
本ワークフローは、迅速な病原体同定と定量化を可能にし、臨床診断への応用が期待される。

Stats

SaOS2-OYにおけるSK2とSK3の細菌数は、CFU計測では103-106倍減少したが、ddPCRでは維持された。
低MOIでは、SK2とSK3感染群のヒトゲノムコピー数に有意差はなかった。高MOIでは、1日目と5日目でそれぞれ約30%、50%減少した。
3つの培養陰性PJI症例の骨組織から、S. haemolyticus、S. hominis、S. epidermidisが検出され、104-106個/百万ヒトゲノムコピーの細菌負荷が定量された。

Quotes

"CFU plating method should not be omitted as it allows the evaluation of bacterial phenotypic adaptation in such experimentation."
"For the purposes of unknown pathogen diagnosis in clinical cases, the exact bacterial species readout is required from sequencing the generated amplicons."

Key Insights Distilled From

Beyond the Colony-Forming-Unit: Rapid Bacterial Evaluation in Osteomyelitis

by Sun,Q., Huyn... at www.biorxiv.org 11-22-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.11.21.568051v3

Deeper Inquiries

細菌の培養性と宿主細胞内での生存性の違いを生み出す要因は何か?

細菌の培養性と宿主細胞内での生存性の違いは、複数の要因によって引き起こされます。例えば、宿主細胞や組織の種類、細菌株、細菌の負荷量、培養条件などが影響を与えます。特に、培養性の低下や培養陰性の状態が生じることがあり、これは細菌が宿主細胞内に侵入してからの挙動や環境によるものです。例えば、骨組織内での感染症である骨髄炎の場合、20〜40%の培養陰性症例が報告されており、CFUによる細菌数の定量が困難となっています。このような状況は、正確な診断や治療に影響を及ぼす可能性があります。

CFUと遺伝子定量の不一致は、臨床診断にどのような影響を及ぼすか

CFUと遺伝子定量の不一致は、臨床診断にどのような影響を及ぼすか?
CFUと遺伝子定量の不一致は、臨床診断に重要な影響を及ぼす可能性があります。例えば、CFUによる細菌数の定量は、培養条件や細菌の生存性に依存しており、実際の細菌数を正確に反映しないことがあります。一方、遺伝子定量によるアプローチは、PCRやddPCRを用いて細菌のゲノムコピー数を直接測定するため、より正確な結果が得られる可能性があります。このような不一致が臨床診断に影響を及ぼす場合、正確な細菌数の把握や感染症の診断において、遺伝子定量のアプローチがより信頼性の高い結果を提供することが期待されます。

本ワークフローを応用して、骨髄炎以外の感染症診断にも活用できる可能性はあるか

本ワークフローを応用して、骨髄炎以外の感染症診断にも活用できる可能性はあるか?
本ワークフローは、骨髄炎の感染症診断において開発されたものですが、他の感染症診断にも応用可能な可能性があります。例えば、臨床症例での細菌の同定や定量化、感染症の診断において、このワークフローを適用することが考えられます。特に、PCRやddPCRによる遺伝子定量やONPシーケンサーによる細菌種の同定は、迅速かつ正確な診断結果を提供することが期待されます。さらに、このワークフローは、ポイントオブケア診断法としても適用可能であり、迅速な結果の取得が可能となるかもしれません。したがって、骨髄炎以外の感染症診断においても、このワークフローの応用が有益であると考えられます。