Infectie-diagnostiek onder de loep met metagenomics

“Een jongen in Salt Lake City werd in het ziekenhuis opgenomen met de symptomen van een longontsteking. Hij kreeg antibiotica en het afgenomen monster werd naar het lab gestuurd voor een PCR-test.” De test bleek positief voor een seizoen coronavirus, maar dat was geen verklaring voor de ernstige symptomen. “De jongen knapte op en werd naar huis gestuurd. Drie dagen later kwam hij terug met verergerde symptomen. Vervolgens werd er pleuravocht afgenomen en dat monster kwam bij ons in het lab terecht voor een metagenomische analyse.”

In het lab van IDbyDNA kon Rossen door middel van klinische metagenomics alle micro-organismen in het monster in kaart brengen. Daar vonden ze Prevotella pleuritidis, een vrij zeldzame bacterie. “Daar hadden we van tevoren niet aan gedacht,” vertelt Rossen. “Het is nog niet zo lang bekend dat deze bacterie ernstige respiratoire symptomen kan veroorzaken. De antibiotica die de jongen al had gekregen was niet geschikt voor deze anaerobe bacterie en nadat de juiste antibiotica was voorgeschreven knapte hij weer op.”

Onbevooroordeeld

Bij de diagnose van een infectieziekte wordt op basis van het klinisch beeld gescreend op micro-organismen die bij dat beeld passen. Het wordt ingewikkelder wanneer je te maken hebt met een onbekende ziekte of een gecompliceerd ziektebeeld. In dat geval weet je dus niet naar waar je naar zoekt. Metagenomics stelt ons in staat om het volledig genetisch materiaal in een monster te analyseren. Rossen: “Met metagenomics kijk je op een onbevooroordeelde manier naar een klinisch monster. Door op deze manier een monster te analyseren, vind je in sommige gevallen iets waar je van tevoren niet aan had gedacht en waarschijnlijk niet naar had gezocht.”

Rossen maakt de kanttekening dat een kweek in principe ook een onbevooroordeelde manier is om naar een monster te kijken, maar dat dit een aantal grote nadelen heeft ten opzichte van metagenomics. Het duurt namelijk lang om een bacterie of virus te kweken en een diagnose kan dagen of soms zelfs weken duren. Sommige bacteriesoorten laten zich ook niet zo makkelijk kweken, zoals de anaerobe bacterie in het voorbeeld hierboven.

Metatranscriptomics

Metatranscriptomics gaat nog een stapje verder en stelt onderzoekers in staat om niet alleen de aanwezigheid van een bacterie of virus vast te stellen, maar ook iets te zeggen over het gedrag. “Met metatranscriptomics kijken we wat er precies gebeurt. Je kunt bijvoorbeeld vaststellen dat een bepaalde bacterie aanwezig is, maar dat betekent nog niet dat die de oorzaak van de infectie is. We kijken hierbij ook naar de gastheerrespons.”

Het sequencen van het volledig genetisch materiaal levert een gigantische hoeveelheid data op. Je hebt daarom slimme software nodig om deze puzzel op te lossen. Rossen: “We hebben een AI-model gebruikt om informatie over bepaalde bacteriën of virussen te screenen in een gecureerde database. Het model vergelijkt informatie uit de database met de resultaten en symptomen van de patiënt.”

Standaardisatie

De mogelijkheden van genomics technologieën beperken zich niet tot de diagnostiek. Rossen ziet bijvoorbeeld kansen in het preventief screenen van het afvalwater in ziekenhuizen om een voorspelling te doen over infectieziekte uitbraken. Daarnaast wordt het ook ingezet voor het identificeren van nieuwe pathogenen, zoals bijvoorbeeld bij SARS-CoV-2. Maar volgens Rossen is verdere standaardisatie nodig om de methode breed in te zetten. Plaatsbepaling is daarbij een belangrijke overweging: “De vraag is of je dit inzet voor alle patiënten, of alleen voor ernstig zieke patiënten, of pas wanneer alle andere testen negatief zijn. Hier is nog geen duidelijk antwoord op. We hebben vooral meer data nodig om te zien wat de waarde van deze technologie is. Ik hoop dat daar meer onderzoek naar wordt gedaan, en dat daarbij ook wordt gekeken waar de patiënt baat bij heeft.”