В развивающихся странах большинство назначений антибиотиков не только бессмысленны — по оценкам, от 70% до 80% из них назначаются при вирусных инфекциях, которые лекарства не лечат, — они также вредны, поскольку чрезмерное использование антибиотиков ускоряет устойчивость к антибиотикам.

Аналогичная проблема существует в Соединенных Штатах, где, по оценкам, от 30% до 50% назначений антибиотиков назначаются при вирусных инфекциях.

Теперь новый тест, основанный на экспрессии генов, разработанный исследователями медицины из Стэнфорда и их коллегами, может позволить врачам по всему миру быстро и точно различать бактериальные и вирусные инфекции, тем самым сокращая злоупотребление антибиотиками. Тест основан на том, как иммунная система пациента реагирует на инфекцию.

Это первый подобный диагностический тест, подтвержденный в различных группах населения мира, учитывающий более широкий спектр бактериальных инфекций, и единственный, который соответствует целям точности, установленным Всемирной организацией здравоохранения и Фондом инновационной диагностики для борьбы с устойчивостью к антибиотикам.

Эти цели включают по меньшей мере 90% чувствительности (правильное определение истинных положительных результатов) и 80% специфичности (правильное определение истинных отрицательных результатов) для различения бактериальных и вирусных инфекций.

Новый тест описан в статье, опубликованной 20 декабря в журнале Cell Reports Medicine.

"Устойчивость к противомикробным препаратам постоянно растет, поэтому было предпринято много усилий для сокращения ненадлежащего использования антибиотиков", - сказал Пурвеш Хатри, доктор философии, доцент кафедры медицины и биомедицинских данных и старший автор статьи. "Точная диагностика наличия у пациента бактериальной или вирусной инфекции является одной из самых больших глобальных проблем здравоохранения".

Существующие методы включают выращивание патогена в чашке Петри, что занимает несколько дней, или тестирование полимеразной цепной реакцией (ПЦР), для которого требуется знание конкретного патогена для поиска.

Вот почему во многих случаях "врачи назначают антибиотики эмпирически", - сказал Хатри. "Они говорят: "Мы собираемся дать вам антибиотик, и если вам станет лучше, значит, у вас была бактериальная инфекция. Если вы этого не сделаете, у вас вирусная инфекция, и мы прекратим прием антибиотиков"."

Этот тест является одним из нового поколения диагностических тестов, которые изучают реакцию хозяина, то есть то, как реагирует иммунная система пациента, чтобы определить тип инфекции. Они измеряют экспрессию определенных генов, участвующих в иммунном ответе хозяина.

"Иммунная система занималась этим миллионы лет, постоянно изучая, что такое бактерии, что такое вирусы и как на это реагировать", - сказал Хатри. "Вместо того, чтобы искать саму ошибку, мы можем спросить иммунную систему".

Однако, поскольку эти тесты на реакцию хозяина были разработаны с использованием данных из Западной Европы и Северной Америки, они не учитывают типы инфекций, которые распространены в странах с низким и средним уровнем дохода. В частности, им трудно различать более тонкие различия между внутриклеточными бактериальными инфекциями и вирусными инфекциями.

"Эпидемиологически бактериальные инфекции в развитых странах обычно вызываются бактериями, которые размножаются вне человеческой клетки", - сказал Хатри. Эти внеклеточные бактерии включают кишечную палочку и те, которые вызывают фарингит. В развивающихся странах распространенные бактериальные инфекции, такие как тиф и туберкулез, вызываются внутриклеточными бактериями, которые размножаются внутри клеток человека, как и вирусы.

"Иммунная система реагирует по-разному в зависимости от того, является ли это внеклеточной или внутриклеточной бактериальной инфекцией", - сказал Хатри. "Причина, по которой это становится сложным, заключается в том, что, как только бактерии попадают внутрь клетки, пути перекрываются с реакцией на вирусную инфекцию".

Современные тесты на реакцию хозяина могут отличать внеклеточные бактериальные инфекции от вирусных с точностью более 80%, но они могут идентифицировать только от 40% до 70% внутриклеточных инфекций.

Разнообразные данные

Чтобы разработать диагностический тест, который может отделить оба типа бактериальных инфекций от вирусных, команда Хатри использовала общедоступные данные об экспрессии генов из 35 стран. Они включали 4754 образца от людей различных возрастов, полов и рас с известными инфекциями. По словам Хатри, разнообразие пациентов, инфекций и типов данных более репрезентативно для реального мира.

Используя машинное обучение и половину этих образцов, они идентифицировали восемь генов, которые по-разному экспрессируются при бактериальных и вирусных инфекциях. Они подтвердили свой тест на восемь генов на оставшихся образцах и более чем 300 новых образцах, собранных из Непала и Лаоса.

Они обнаружили, что эти восемь генов могут отличать внутриклеточные и внеклеточные бактериальные инфекции от вирусных инфекций с высокой точностью, достигая 90% чувствительности и 90% специфичности. Это первый диагностический тест, который соответствует (и превосходит) стандартам, предложенным Всемирной организацией здравоохранения и Фондом инновационной новой диагностики.

"Мы показали, что эта сигнатура из восьми генов обладает более высокой точностью и большей обобщаемостью для различения бактериальных и вирусных инфекций, независимо от того, являются ли они внутриклеточными или внеклеточными, находится ли пациент в развитой или развивающейся стране, мужчина или женщина, младенец или 80-летний старик". сказала Хатри.

Он надеется, что новый диагностический тест в конечном итоге может быть преобразован в тест на месте оказания медицинской помощи и принят врачами как в развитых, так и в развивающихся странах, поскольку для его проведения требуется всего лишь образец крови и он может быть выполнен за 30-45 минут. Его команда подала заявку на патент на этот тест.