Молекулярное обнаружение генов резистентности и мутаций

Молекулярное обнаружение резистентности выявляет генетические детерминанты антимикробной резистентности напрямую, а не путем вывода о резистентности на основе роста в присутствии препарата. Оно включает таргетную амплификацию нуклеиновых кислот известных генов резистентности, обнаружение точечных мутаций, связанных с резистентностью, и полногеномное секвенирование, которое исследует весь резистом.

Definition

Молекулярное обнаружение резистентности — это использование амплификации нуклеиновых кислот, гибридизации или секвенирования для идентификации генов резистентности, их мобильных генетических контекстов или мутаций, связанных с резистентностью, в микроорганизме, что напрямую характеризует генетическую основу резистентности.

Scope

Данная статья охватывает таргетные молекулярные анализы для приобретенных генов резистентности и для хромосомных мутаций резистентности, интегрированные экспресс-платформы, используемые в месте оказания помощи или рядом с ним, а также секвенирование с использованием курируемых баз данных генов резистентности. Она также рассматривает взаимосвязь генотипа и фенотипа. Это методологический справочный материал, который не содержит рекомендаций по лечению.

Core questions

• Какие гены резистентности или мутации несет этот организм?
• Чем отличаются таргетные анализы, интегрированные экспресс-платформы и полногеномное секвенирование по объему и применению?
• Насколько хорошо обнаруженный генотип предсказывает фенотип резистентности?

Key concepts

• Приобретенные гены резистентности и резистом
• Точечные мутации, связанные с резистентностью (например, rpoB для рифампицина)
• Полимеразная цепная реакция (ПЦР) и амплификация нуклеиновых кислот
• Интегрированные картриджные экспресс-платформы
• Полногеномное секвенирование и базы данных генов резистентности
• Мобильные генетические элементы (плазмиды, транспозоны, интегроны)
• Прогнозирование генотип-фенотип и расхождения

Mechanisms

Таргетные молекулярные анализы амплифицируют и обнаруживают специфические гены резистентности или мутации: амплификация нуклеиновых кислот может идентифицировать приобретенные гены, такие как детерминанты карбапенемазы или метициллин-резистентности, или хромосомные мутации, такие как изменения rpoB, обусловливающие резистентность к рифампицину у Mycobacterium tuberculosis (boehme-2010). Интегрированные картриджные платформы объединяют экстракцию, амплификацию и детекцию для получения быстрых генотипических результатов из клинических образцов. Полногеномное секвенирование исследует полный набор детерминант резистентности, которые сопоставляются с курируемыми базами данных приобретенных генов резистентности для прогнозирования резистентности (zankari-2012; ellington-2017). Поскольку многие гены резистентности находятся на мобильных генетических элементах, таких как плазмиды, транспозоны и интегроны, молекулярные методы также помогают охарактеризовать их генетический контекст и потенциал распространения (partridge-2018; strahilevitz-2009). Генотипическое обнаружение является быстрым, но не всегда предсказывает фенотип, поскольку наличие гена, его экспрессия и дополнительные механизмы вносят свой вклад (ellington-2017).

Clinical relevance

Молекулярное обнаружение способствует быстрому распознаванию детерминант резистентности для эпиднадзора, инфекционного контроля и рационального использования антибиотиков, а также может характеризовать вспышки и передачу. Данная статья описывает эти методы как справочные знания о том, как обнаруживается и характеризуется резистентность; она не предоставляет индивидуальных диагностических или предписывающих рекомендаций.

Epidemiology

Эпиднадзор за генами резистентности и их мобильными элементами на основе секвенирования стал центральным элементом отслеживания возникновения и международного распространения резистентности, связывая изоляты в различных условиях и выявляя распространение плазмидных детерминант (partridge-2018; strahilevitz-2009; ellington-2017).

History

Молекулярное обнаружение резистентности развивалось от ПЦР-анализов отдельных генов в 1990-х и 2000-х годах до интегрированных экспресс-платформ и, все чаще, полногеномного секвенирования. Знаковым событием в клиническом применении стал автоматизированный картриджный анализ для одновременного обнаружения Mycobacterium tuberculosis и резистентности к рифампицину, который внедрил быстрое генотипическое обнаружение резистентности в рутинную практику (boehme-2010), в то время как курируемые базы данных позволили систематически идентифицировать приобретенные гены резистентности из данных секвенирования (zankari-2012).

Debates

Может ли секвенирование заменить фенотипическое тестирование чувствительности?

Полногеномное секвенирование может предсказывать резистентность для некоторых комбинаций организм-препарат, но не всегда надежно для всех, поскольку наличие гена не гарантирует экспрессии, и не каждый механизм отражен в текущих базах данных; вопрос о том, насколько генотип может заменить фенотип, остается нерешенным.

Интерпретация расхождений генотип-фенотип

Обнаруженные гены резистентности иногда не проявляются фенотипически, а резистентные фенотипы иногда не имеют известного генетического объяснения, поэтому согласование молекулярных и фенотипических результатов остается методологической проблемой.

Seminal works

• boehme-2010
• zankari-2012
• ellington-2017

Frequently asked questions

В чем разница между обнаружением гена резистентности и измерением резистентности?

Молекулярные методы напрямую обнаруживают генетический детерминант резистентности, в то время как тестирование чувствительности измеряет, растет ли организм фактически в присутствии препарата; ген может присутствовать, но не экспрессироваться, поэтому эти два показателя могут не совпадать.

Что может добавить полногеномное секвенирование к обнаружению резистентности?

Секвенирование может одновременно исследовать весь набор генов и мутаций резистентности и характеризовать их мобильный генетический контекст, поддерживая эпиднадзор и расследование вспышек, хотя его предсказание фенотипа пока не является надежным для каждой комбинации организм-препарат.

Почему мобильные генетические элементы важны в молекулярном обнаружении?

Многие гены резистентности переносятся на плазмидах, транспозонах и интегронах, которые могут перемещаться между бактериями, поэтому обнаружение и характеристика этих элементов помогает объяснить, как распространяется резистентность.