Simple Science

Ciência de ponta explicada de forma simples

# Biologia# Microbiologia

Avanços no Diagnóstico Rápido de Infecções Urinárias

Novos métodos para detecção mais rápida de infecções do trato urinário podem melhorar o atendimento ao paciente.

― 7 min ler


Avanços Rápidos noAvanços Rápidos noDiagnóstico de ITUdiagnóstico de UTI.Nova tecnologia melhora a velocidade do
Índice

Infecções do Trato Urinário, ou ITUs, são infecções comuns que afetam muita gente pelo mundo todo. Elas são o segundo tipo mais comum de infecção, com uma galera visitando médicos por causa delas. ITUs costumam ser tratadas com antibióticos e podem causar problemas de saúde sérios se não forem tratadas direitinho.

Nos últimos anos, o número de casos de ITU tem aumentado, levando a mais mortes relacionadas a essas infecções. Mulheres grávidas e pessoas com o sistema imunológico enfraquecido estão especialmente em risco. Se uma ITU não é tratada, pode piorar e virar uma infecção renal mais grave conhecida como pielonefrite, que pode causar complicações sérias, incluindo sepse.

Causas e Bichos Comuns

A maioria das ITUs é causada por bactérias que normalmente vivem no intestino. As bactérias mais comuns responsáveis pelas ITUs incluem Escherichia Coli (E. coli), Klebsiella pneumoniae e Proteus mirabilis. Infecções fúngicas podem acontecer, mas são muito mais raras.

Para diagnosticar uma ITU, os médicos costumam procurar um certo nível de bactérias na urina. Em geral, uma contagem de 100.000 bactérias por mililitro (CFU/mL) indica uma ITU. Mas contagens menores também podem ser significativas, dependendo da situação.

Métodos de Diagnóstico Atuais

Atualmente, diagnosticar uma ITU normalmente requer enviar uma amostra de urina para um laboratório, onde pode levar um ou dois dias para identificar as bactérias e descobrir quais antibióticos vão funcionar melhor contra elas. Os métodos comuns de diagnóstico envolvem cultivar as bactérias em um laboratório, o que pode ser demorado.

Existem técnicas avançadas, como espectrometria de massas e testes de ácidos nucleicos, que podem acelerar o processo de identificação. Mas esses métodos têm suas próprias limitações, como precisar que as bactérias cresçam antes.

Novas Técnicas: Sequenciamento Metagenômico

Uma abordagem promissora para diagnosticar ITUs é o sequenciamento metagenômico de próxima geração (mNGS). Esse método permite a identificação rápida de bactérias em uma amostra sem precisar cultivá-las primeiro. Analisando diretamente o DNA da amostra de urina, o mNGS consegue identificar patógenos e seus genes, incluindo os que conferem Resistência a Antibióticos.

Um dispositivo específico chamado MinION, que é portátil e conectado via USB, está sendo considerado para esse tipo de teste rápido. Ele pode fornecer resultados muito mais rápido do que os métodos tradicionais, potencialmente em poucas horas.

Extração de DNA

Uma etapa importante no uso do mNGS é extrair DNA das amostras de urina. Porém, esse processo pode ser complicado devido às pequenas quantidades de bactérias presentes na urina em comparação com outros tipos de amostras, como sangue ou fezes. Alguns produtos podem ajudar a extrair DNA de forma mais eficaz.

Em testes recentes, três kits populares de extração de DNA foram avaliados. Entre eles, o DNeasy Blood & Tissue Kit se destacou como o melhor para recuperar DNA de alta qualidade a partir de amostras de urina.

Visão Geral do Estudo

Um estudo recente teve como objetivo criar um método rápido e eficiente para detectar bactérias em amostras de urina adulteradas. Os pesquisadores simularam condições de ITU adicionando bactérias conhecidas às amostras de urina. Depois, eles avaliaram diferentes kits de extração de DNA para encontrar o que funcionava melhor para suas necessidades.

Usando o MinION para sequenciamento, eles queriam ver se conseguiam identificar patógenos e seus genes de resistência a antibióticos rapidamente. Os pesquisadores se concentraram em duas concentrações bacterianas: 100.000 CFU/mL e 1.000 CFU/mL.

Etapas do Estudo

Preparação das Amostras

O estudo começou preparando amostras de urina. Os pesquisadores adicionaram bactérias específicas para imitar os tipos de infecções vistas em ambientes clínicos. Acompanhando o crescimento bacteriano, eles poderiam determinar quantas bactérias estavam nas amostras.

Testando Kits de Extração de DNA

Em seguida, eles testaram três kits de extração de DNA diferentes, extraindo DNA das amostras de urina adulteradas. Eles avaliaram quanto DNA conseguiam obter de cada kit, além da rapidez dos resultados e o custo total do processo de extração.

O DNeasy Blood & Tissue Kit superou os outros kits, tornando-se a escolha preferida para o estudo.

Sequenciamento do DNA

Depois de extrair o DNA, os pesquisadores sequenciaram usando o dispositivo MinION. Isso permitiu que eles identificassem as bactérias presentes nas amostras e quaisquer genes de resistência a antibióticos associados aos patógenos. Eles buscaram fazer isso rapidamente, idealmente encontrando resultados em poucas horas.

Resultados do Estudo

O estudo mostrou resultados promissores. Com o dispositivo MinION, eles conseguiram identificar os patógenos em amostras de urina adulteradas com 100.000 CFU/mL muito mais rápido do que com os métodos tradicionais. Eles descobriram que podiam conseguir a identificação em apenas 10 minutos após o início do processo de sequenciamento.

Por outro lado, identificar bactérias em concentrações mais baixas, como 1.000 CFU/mL, foi mais complicado. Eles só conseguiram identificar algumas bactérias de forma eficaz nessa concentração mais baixa.

Importância do Diagnóstico Rápido

A capacidade de identificar rapidamente e com precisão os patógenos é crucial para tratar ITUs de forma eficaz. Atrasos na identificação das bactérias corretas podem levar ao uso de antibióticos errados, resultando em falhas no tratamento e complicações para o paciente.

Com o aumento do problema da resistência a antibióticos, ter um método rápido e confiável para diagnosticar ITUs poderia melhorar muito os resultados para os pacientes. Também ajudaria os provedores de saúde a escolher opções de tratamento mais eficazes mais cedo, reduzindo a disseminação de bactérias resistentes.

Limitações do Estudo

Embora o estudo tenha mostrado que usar o MinION para diagnóstico rápido seja possível, houve limitações. Por exemplo, eles usaram um volume de urina maior do que o que pode ser viável em situações clínicas reais. Conseguir urina suficiente de pacientes, especialmente aqueles que estão muito doentes, pode ser um desafio.

Além disso, algumas bactérias, como E. faecalis, mostraram-se difíceis de extrair DNA suficiente para uma análise eficaz, indicando que são necessárias mais melhorias no processo de extração para certos patógenos.

Conclusão

Resumindo, o estudo demonstrou com sucesso uma nova abordagem para diagnosticar ITUs usando amostras de urina adulteradas e tecnologia de sequenciamento rápido. Os pesquisadores mostraram que é possível identificar patógenos e seus genes de resistência muito mais rápido do que com os métodos tradicionais.

Essa inovação pode levar a mudanças significativas na forma como as ITUs são diagnosticadas e tratadas, melhorando a assistência aos pacientes e os resultados de saúde.

À medida que o campo da saúde continua a evoluir, técnicas de diagnóstico rápido como essa podem desempenhar um papel crucial no manejo de infecções e no combate à crescente ameaça da resistência a antibióticos.

Com pesquisa e desenvolvimento contínuos, esses métodos podem em breve se tornar prática padrão em ambientes clínicos, ajudando a garantir que os pacientes recebam tratamento adequado e em tempo hábil para suas infecções.

Fonte original

Título: Detection of pathogens and antimicrobial resistant genes from urine within 5 hours using Nanopore sequencing

Resumo: PurposeUrinary Tract Infection (UTI) is a prevalent global health concern accounting for 1-3% of primary healthcare visits. The current methods for UTI diagnosis have a high turnaround time of 3-5 days for pathogen identification and susceptibility testing. This work is a proof-of-concept study aimed at determining the detection limit by establishing a culture and amplification-free DNA extraction methodology from spiked urine samples followed by real-time Nanopore sequencing and data analysis. MethodsThis study first establishes an optical density culture-based method for spiking healthy urine samples with the six most prevalent uropathogens. Pathogens were spiked at two clinically significant concentrations of 103 and 105 CFU/ml. Three commercial DNA extraction kits were investigated based on the quantity of isolated DNA, average processing time, elution volume and the average cost incurred per extraction. The outperforming kit was used for direct DNA extraction and subsequent sequencing on MinION and Flongle flowcells. ResultsThe Blood and Tissue kit outperformed the other kits. All pathogens were identified at a concentration of 105 CFU/ml within ten minutes, and the corresponding AMR genes were detected within three hours of the sequencing start. The overall turnaround time including the DNA extraction and sequencing steps was five hours. Moreover, we also demonstrate that the identification of some pathogens and antibiotic-resistance genes was possible at a spike concentration of 103 CFU/mL. ConclusionThis study shows great promise toward reducing the time required for making an informed antibiotic administration from approximately 48 hours to five hours thereby reducing the number of empirical doses and saving lives.

Autores: Rafi Ahmad, A. B. Bellankimath, C. Chapagain, S. Branders, J. Ali, R. C. Wilson, T. E. B. Johansen

Última atualização: 2024-03-04 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.04.582689

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.04.582689.full.pdf

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

Obrigado ao biorxiv pela utilização da sua interoperabilidade de acesso aberto.

Mais de autores

Artigos semelhantes