การตรวจหายีนดื้อยาและการกลายพันธุ์ระดับโมเลกุล

การตรวจหายีนดื้อยาในระดับโมเลกุลเป็นการระบุปัจจัยทางพันธุกรรมของการดื้อยาปฏิชีวนะโดยตรง แทนที่จะอนุมานการดื้อยาจากการเจริญเติบโตเมื่อมีสารยาอยู่ ซึ่งรวมถึงการเพิ่มจำนวนกรดนิวคลีอิกแบบจำเพาะของยีนดื้อยาที่ทราบ การตรวจหาการกลายพันธุ์แบบจุดที่เกี่ยวข้องกับการดื้อยา และการหาลำดับจีโนมทั้งหมดที่สำรวจรีซิสโตมทั้งหมด

Definition

การตรวจหายีนดื้อยาในระดับโมเลกุลคือการใช้การเพิ่มจำนวนกรดนิวคลีอิก การผสมข้ามสายพันธุ์ หรือการหาลำดับเพื่อระบุยีนดื้อยา บริบททางพันธุกรรมที่เคลื่อนที่ได้ หรือการกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับการดื้อยาในจุลินทรีย์ ซึ่งเป็นการจำแนกลักษณะพื้นฐานทางพันธุกรรมของการดื้อยาโดยตรง

Scope

บทความนี้ครอบคลุมการตรวจวิเคราะห์ระดับโมเลกุลแบบจำเพาะสำหรับยีนดื้อยาที่ได้รับมาและการกลายพันธุ์ของการดื้อยาในโครโมโซม แพลตฟอร์มแบบบูรณาการที่ใช้ ณ จุดดูแลหรือใกล้เคียง และการจำแนกลักษณะโดยใช้การหาลำดับด้วยฐานข้อมูลยีนดื้อยาที่คัดสรรมาอย่างดี นอกจากนี้ยังกล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างจีโนไทป์กับฟีโนไทป์ นี่คือเอกสารอ้างอิงทางระเบียบวิธีวิจัยและไม่ได้ให้คำแนะนำในการรักษา

Core questions

• สิ่งมีชีวิตนี้มียีนดื้อยาหรือการกลายพันธุ์ใดบ้าง?
• การตรวจวิเคราะห์แบบจำเพาะ แพลตฟอร์มแบบบูรณาการที่รวดเร็ว และการหาลำดับจีโนมทั้งหมดแตกต่างกันอย่างไรในขอบเขตและการใช้งาน?
• จีโนไทป์ที่ตรวจพบสามารถทำนายฟีโนไทป์ของการดื้อยาได้ดีเพียงใด?

Key concepts

• ยีนดื้อยาที่ได้รับมาและรีซิสโตม
• การกลายพันธุ์แบบจุดที่เกี่ยวข้องกับการดื้อยา (เช่น rpoB สำหรับไรแฟมพิซิน)
• ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) และการเพิ่มจำนวนกรดนิวคลีอิก
• แพลตฟอร์มแบบบูรณาการที่รวดเร็วโดยใช้ตลับ
• การหาลำดับจีโนมทั้งหมดและฐานข้อมูลยีนดื้อยา
• องค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เคลื่อนที่ได้ (พลาสมิด, ทรานสโพซอน, อินทีกรอน)
• การทำนายจีโนไทป์-ฟีโนไทป์และความไม่สอดคล้องกัน

Mechanisms

การตรวจวิเคราะห์ระดับโมเลกุลแบบจำเพาะจะเพิ่มจำนวนและตรวจหายีนดื้อยาหรือการกลายพันธุ์ที่จำเพาะ: การเพิ่มจำนวนกรดนิวคลีอิกสามารถระบุยีนที่ได้รับมา เช่น คาร์บาเพเนเมส หรือปัจจัยกำหนดการดื้อเมทิซิลลิน หรือการกลายพันธุ์ในโครโมโซม เช่น การเปลี่ยนแปลง rpoB ที่ทำให้เกิดการดื้อไรแฟมพิซินใน Mycobacterium tuberculosis (boehme-2010) แพลตฟอร์มแบบบูรณาการที่ใช้ตลับจะรวมการสกัด การเพิ่มจำนวน และการตรวจหา เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ทางจีโนไทป์อย่างรวดเร็วจากตัวอย่างทางคลินิก การหาลำดับจีโนมทั้งหมดจะสำรวจชุดของปัจจัยกำหนดการดื้อยาที่สมบูรณ์ ซึ่งจะถูกจับคู่กับฐานข้อมูลยีนดื้อยาที่ได้รับมาที่คัดสรรมาอย่างดีเพื่อทำนายการดื้อยา (zankari-2012; ellington-2017) เนื่องจากยีนดื้อยาจำนวนมากอยู่บนองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เคลื่อนที่ได้ เช่น พลาสมิด ทรานสโพซอน และอินทีกรอน วิธีการทางโมเลกุลจึงช่วยจำแนกลักษณะบริบททางพันธุกรรมและศักยภาพในการแพร่กระจาย (partridge-2018; strahilevitz-2009) การตรวจหาทางจีโนไทป์ทำได้รวดเร็ว แต่ไม่สามารถทำนายฟีโนไทป์ได้เสมอไป เนื่องจากมีการแสดงออกของยีนและการทำงานของกลไกเพิ่มเติมทั้งหมดมีส่วนร่วม (ellington-2017)

Clinical relevance

การตรวจหายีนดื้อยาในระดับโมเลกุลช่วยให้สามารถรับรู้ปัจจัยกำหนดการดื้อยาได้อย่างรวดเร็วเพื่อการเฝ้าระวัง การควบคุมการติดเชื้อ และการบริหารจัดการ และสามารถจำแนกลักษณะการระบาดและการแพร่เชื้อได้ บทความนี้อธิบายวิธีการเหล่านี้เป็นความรู้เชิงอ้างอิงเกี่ยวกับวิธีการตรวจหาและจำแนกลักษณะการดื้อยา โดยไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการสั่งยาเฉพาะบุคคล

Epidemiology

การเฝ้าระวังยีนดื้อยาและองค์ประกอบที่เคลื่อนที่ได้โดยใช้การหาลำดับได้กลายเป็นสิ่งสำคัญในการติดตามการเกิดขึ้นและการแพร่กระจายของการดื้อยาในระดับนานาชาติ การเชื่อมโยงเชื้อที่แยกได้ในสถานการณ์ต่างๆ และการเปิดเผยการแพร่กระจายของปัจจัยกำหนดที่อยู่บนพลาสมิด (partridge-2018; strahilevitz-2009; ellington-2017)

History

การตรวจหายีนดื้อยาในระดับโมเลกุลพัฒนาจากการตรวจวิเคราะห์โดยใช้ PCR สำหรับยีนแต่ละตัวในช่วงทศวรรษ 1990 และ 2000 ไปสู่แพลตฟอร์มแบบบูรณาการที่รวดเร็ว และเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ คือการหาลำดับจีโนมทั้งหมด จุดเปลี่ยนสำคัญในการนำไปใช้ทางคลินิกคือการตรวจวิเคราะห์ด้วยตลับอัตโนมัติสำหรับการตรวจหา Mycobacterium tuberculosis และการดื้อไรแฟมพิซินพร้อมกัน ซึ่งนำการตรวจหาการดื้อยาทางจีโนไทป์อย่างรวดเร็วมาสู่การปฏิบัติงานประจำ (boehme-2010) ในขณะที่ฐานข้อมูลที่คัดสรรมาอย่างดีช่วยให้สามารถระบุยีนดื้อยาที่ได้รับมาได้อย่างเป็นระบบจากข้อมูลลำดับ (zankari-2012)

Debates

การหาลำดับสามารถทดแทนการทดสอบความไวต่อยาทางฟีโนไทป์ได้หรือไม่?

การหาลำดับจีโนมทั้งหมดสามารถทำนายการดื้อยาสำหรับการรวมกันของสิ่งมีชีวิตกับยาบางชนิดได้ แต่ไม่น่าเชื่อถือสำหรับทุกกรณี เนื่องจากยีนที่ปรากฏอยู่ไม่ได้หมายความว่าจะมีการแสดงออกเสมอไป และกลไกบางอย่างยังไม่ถูกบันทึกในฐานข้อมูลปัจจุบัน ดังนั้นยังไม่สามารถสรุปได้ว่าจีโนไทป์สามารถใช้แทนฟีโนไทป์ได้มากน้อยเพียงใด

การตีความความไม่สอดคล้องกันระหว่างจีโนไทป์และฟีโนไทป์

ยีนดื้อยาที่ตรวจพบบางครั้งไม่แสดงออกทางฟีโนไทป์ และฟีโนไทป์ที่ดื้อยาบางครั้งไม่มีคำอธิบายทางพันธุกรรมที่ทราบ ดังนั้นการประนีประนอมผลลัพธ์ทางโมเลกุลและฟีโนไทป์ยังคงเป็นความท้าทายทางระเบียบวิธีวิจัย

Seminal works

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

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างการตรวจหายีนดื้อยาและการวัดการดื้อยาคืออะไร?

วิธีการทางโมเลกุลจะตรวจหาปัจจัยกำหนดทางพันธุกรรมของการดื้อยาโดยตรง ในขณะที่การทดสอบความไวต่อยาจะวัดว่าสิ่งมีชีวิตนั้นเจริญเติบโตได้จริงหรือไม่เมื่อมีสารยาอยู่ ยีนอาจมีอยู่แต่ไม่แสดงออก ดังนั้นผลลัพธ์ทั้งสองอาจไม่ตรงกัน

การหาลำดับจีโนมทั้งหมดสามารถเพิ่มอะไรให้กับการตรวจหาการดื้อยาได้บ้าง?

การหาลำดับสามารถสำรวจชุดยีนดื้อยาและการกลายพันธุ์ทั้งหมดได้ในคราวเดียว และจำแนกลักษณะบริบททางพันธุกรรมที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งสนับสนุนการเฝ้าระวังและการสอบสวนการระบาด แม้ว่าการทำนายฟีโนไทป์ยังไม่น่าเชื่อถือสำหรับทุกการรวมกันของสิ่งมีชีวิตกับยา

เหตุใดองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เคลื่อนที่ได้จึงมีความสำคัญในการตรวจหาทางโมเลกุล?

ยีนดื้อยาจำนวนมากอยู่บนพลาสมิด ทรานสโพซอน และอินทีกรอน ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ระหว่างแบคทีเรียได้ ดังนั้นการตรวจหาและจำแนกลักษณะขององค์ประกอบเหล่านี้จึงช่วยอธิบายว่าการดื้อยาแพร่กระจายได้อย่างไร