Framtidstrender innen mikrobiologi. Fredrik Müller Mikrobiologisk avdeling, Oslo universitetssykehus HF

Transkript

1 Framtidstrender innen mikrobiologi Fredrik Müller Mikrobiologisk avdeling, Oslo universitetssykehus HF 1

2 Dette vil jeg si noe om: 1. Samfunnsmessige trender i. Befolkningstall ii. Alderssammensetning iii. Innvandring og reisevirksomhet 2. Forekomst og behandling av infeksjonssykdommer i. «Emerging and re-emerging infections» ii. Immunsupprimerte pasienter iii. Resistensproblematikk iv. Tilgang til antimikrobielle midler 3. Det mikrobiologiske laboratoriet i. Nye diagnostiske metoder: Genomikk og proteomikk ii. Pasientnær analysering («Point-of-care») iii. Organisering iv. Utfordringer Befolkningsutvikling i Norge tre ulike alternativer 2

3 Befolkningsutvikling fram til 2040, fordelt på aldersgrupper «Internasjonalisering» Økende reisevirksomhet 3

4 Emerging and re-emerging infections Emerging and re-emerging infections 4

5 Immunsupprimerte pasienter og infeksjoner Utvikling av Gram-negativ resistens fra 2006 til

6 Liten tilgang på nye antimikrobielle midler Nye diagnostiske metoder 6

7 Melin P. University of Liege, Melin P. University of Liege,

8 Mikrobiologi & genomikk 3.1 Fournier PE et al. Nature Rev Microbiol 2013; 11; Mikrobiologi & genomikk: PCR og liknende teknikker PCR og liknende teknikker: Dette har vi hatt i nesten 20 år. Disse teknikkene vil fortsatt være sentrale i mikrobiologisk diagnostikk! Trender: 1. Store, automatiserte plattformer, konferer utviklingen innen medisinsk biokjemi 2. Små instrumenter som krever lite av bruker 1. «Point-of-care laboratorium» 2. Instrumenter som settes ut på kliniske avdelinger 8

9 Store, automatiserte plattformer Større, automatiserte PCR-plattformer som utfører ekstraksjon og amplifikasjon. Fortsatt varierende grad av automasjon og brukervennlighet Umoden teknologi som må forventes å bli mer brukervennlig! Mikrobiologisk avdeling Store, automatiserte plattformer Gen-basert identifikasjon (og enkelte resistensmarkører) direkte fra materiale: Abbott Iridica (tidligere Plex-Id) Genbasert: Påvisning ved PCR. Identifikasjon av PCR-produkter ved hjelp av masse spektrometri (ESI-TOF) 9

10 Små instrumenter som krever lite av bruker Stiller noe varierende krav til bruker, men stort sett meget enkle og raske instrumenter. Påviser fra ett mange agens i samme reaksjon. Point-of-care testing ~ Pasientnær analysering (PNA) Clerc O, Greub G. Clin Microbiol Infect 2010; 16;

11 Mikrobiologi & genomikk: Sekvensering Sanger-sekvensering Brukt i mange år, hovedsakelig for: Identifikasjon av bakterier og sopp Genotypisk resistensbestemmelse Typingsmetoder fra renkultur av bakterier Mindre egnet ved mer komplekse blandinger av mikrobielt DNA Dypsekvensering: PCR med påfølgende massiv parallell sekvensering 11

12 Dypsekvensering: Single molecule sequencing Pacific Biosciences Oxford Nanopore Dypsekvensering: hurtigere og billigere, men.. Utfordringer: Leselengde Feilrate ved sekvensering Tilgang på kompetanse innen bioinformatikk. Tilgang på «enkel» programvare for påvisning av resistensmarkører, virulensmarkører, typingsmarkører etc. Bedre kunnskap om sammenheng mellom genotypi og fenotypi Databaser og datalagring 12

13 Dypsekvensering & bakteriologi: Prøver med blandingsflora 16S dypsekvensering ved undersøkelse av hjerneabscesser en prospektiv studie av 52 prøver. Sammenliknet dyrkning, Sanger-sekvensering med tolkning av eventuelle blandings-kromatogrammer og dypsekvensering (Ion Torrent). Konklusjon: Sammenliknet med dyrkning ble det funnet tre ganger så mange bakterier ved dypsekvensering. Eksempel: Kommedal Ø et al. J Clin Microbiol 2014; Mar 26, Epub Kartlegging av normaflora: Klassiske metoder har fortsatt noe å gi! «Culturomics» Avføringsprøver fra 3 personer 212 ulike dyrkningsbetingelser Mange medier med tilsatt feces-ekstrakt Undersøkte kolonier Fant 340 ulike bakteriearter 174 av disse var aldri tidligere beskrevet i tarm Av de 174: 31 helt nye arter! Dypsekvensering (16S): Fant 698 arter, men bare 51 overlappet med dyrkning. Lagier et al, Microbial culturomics: paradigm shift in the human gut microbiome study. Clinical Microbiology and Infection, 2012: 18;

14 Dypsekvensering & bakteriologi: Resistensbestemmelse og virulensfaktorer Dypsekvensering av 35 urinprøver fra bakteriologisk rutine 1. Fra isolat etter dyrkning 2. Direkte fra prøvemateriale (svar < 24 timer) Dyrkning: Signifikant bakteriuri fra 19 prøver (2 med blandingskultur) Dypsekvensering av isolater: Overensstemmende, men mer presis identifikasjon. Genotypisk og fenotypisk resistensbestemmelse identisk hos 17/19 isolater. Mulighet for typing: MLST Dypsekvensering direkte fra prøvemateriale: 17 prøver med renkultur: alle med samme identifikasjon 2 prøver med blandingskultur 4 prøver med andre bakterier Genotypisk resistensbestemmelse stort sett som over (svak overestimering av R) MLST som for isolater fra kultur Hasman H et al. J Clin Microbiol 2014: 52; I dag Dyrkning + dypsekv. Dypsekv. Hasman H et al. J Clin Microbiol 2014: 52;

15 Dypsekvensering & virologi: Resistensbestemmelse, noen eksempler Svarovskaia ES et al. Abundant drug-resistant NS3 mutants detected by deep Sequencing in hepatitis C virus-infected patients undergoing NS3 protease inhibitor monotherapy. J Clin Microbiol 2012; 50: DRM: Drug resistance mutation UK Department of Health: 100K Genome Project Organisasjonen Genomics England Planlegger helgenomsekvensering: individer En egen gruppe har utarbeidet «Strategic Priorities in Infectious Diseases»: Se Prioritering dypsekvensering av mikroorganismer: 1. HIV 2. Hepatitt C virus 3. M. tuberculosis In response to guidance from the Department of Health, we aimed to select around three priority organisms that would provide proof of principle for genome sequencing technology, could be implemented immediately or in the near future, would bring clear clinical benefits, and would promote the establishment of an infrastructure that would allow this technology to be applied to a much wider range of pathogens in the longer term. 15

16 Mikrobiologi & genomikk: Dypsekvensering Bruk av dypsekvensering innen diagnostisk mikrobiologi: Ja, det kommer til å bli en del av repertoaret.. MEN det vil kreve: enkel forbehandling enkel analysering av data (bioinformatikk) relativt lav kostnad kort analysetid Noen aktuelle anvendelser: Identifikasjon direkte fra prøvemateriale (blanding av flere mikroorganismer) Helgenomsekvensering (virulens-, resistens- og typingsmarkører Genotypisk resistensbestemmelse i blandingspopulasjoner Mikrobiologi & proteomikk: Massespektrometri Maldi-tof: har allerede revolusjonert diagnostisk mikrobiologi! Identifikasjon fra renkultur av bakterier og sopp: Stadig utvidelser/forbedringer av databasene. Rask identifikasjon fra positiv blodkultur Andre anvendelser: Resistensbestemmelse Identifikasjon i blandingskultur. 16

17 Mikrobiologi & klassiske metoder: dyrkning og automasjon Point-of-care laboratorium Stort sykehus i Frankrike uten egen mikrobiologisk avd.: Point-of-care laboratorium: Betjent 24/7, en person. 23 ulike analyser (PCR og antigentester). Svartid 30 min 3 ½ time. Laboratorium lå nær Intensivavd. Mikrobiolog i bakvakt. Cohen-Bacrie S et al. PLOS One 2011: 6; e

18 Point-of-care laboratorium Fournier PE et al. Nature Rev Microbiol 2013; 11; Utfordringer og problemområder Utførlig begrunnelse for bl a utvidet åpningstid. Organisering av de medisinsk mikrobiologiske labotatoriene Bemanning Medisinsk mikrobiologi som 24-timers fag Etc.. Tiltaksplan for medisinsk mikrobiologi fra Procop GW

19 Organisering av de mikrobiologiske laboratoriene «Dagens situasjon» Økende fusjonering? Konsolidering? Økende fragmentering? «Tegn i tiden.» «Faglig organisering» «Teknisk organisering» OBS: Offentlig vs privat Noen utfordringer for de mikrobiologiske avdelingene Arbeidsoppgaver omstilling Kompetanse: økt behov innen molekylærbiologi og bioinformatikk Opplæring Organisering Åpningstider og service: Økte krav til service utenom dagtid Metodikker: kommer nye teknikker i tillegg til, eller til erstatning for gamle? Metodikker: Hva skal vi velge?? Resistensutvikling: Empiriske antibiotikaregimer blir mindre trygge Setter ytterligere krav til rask diagnostikk, spesielt blodkulturdiagnostikk Krav til screeningmetoder med kort svartid Beredskap 19

20 Takk for oppmerksomheten! 20