Framtidstrender innen
mikrobiologi
Fredrik Müller
Mikrobiologisk avdeling,
Oslo universitetssykehus HF
1
Dette vil jeg si noe om:
1. Samfunnsmessige trender
i.
ii.
iii.
Befolkningstall
Alderssammensetning
Innvandring og reisevirksomhet
2. Forekomst og behandling av infeksjonssykdommer
i.
ii.
iii.
iv.
«Emerging and re-emerging infections»
Immunsupprimerte pasienter
Resistensproblematikk
Tilgang til antimikrobielle midler
3. Det mikrobiologiske laboratoriet
i.
ii.
iii.
iv.
Nye diagnostiske metoder: ”Genomikk og proteomikk”
Pasientnær analysering («Point-of-care»)
Organisering
Utfordringer
Befolkningsutvikling i Norge – tre ulike alternativer
2
Befolkningsutvikling fram til 2040, fordelt på aldersgrupper
«Internasjonalisering»
Økende reisevirksomhet
3
Emerging and re-emerging infections
Emerging and re-emerging infections
4
Immunsupprimerte pasienter og infeksjoner
Utvikling av Gram-negativ resistens fra 2006 til 2013
5
Liten tilgang på nye antimikrobielle midler
Nye diagnostiske metoder
6
Melin P. University of Liege, 2011.
3.3
Melin P. University of Liege, 2011.
7
Mikrobiologi & genomikk
3.1
Fournier PE et al. Nature Rev Microbiol 2013; 11; 574-585
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
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
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; 1054-61.
10
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
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
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 32500 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, 2012. Microbial culturomics: paradigm shift in the human gut microbiome study. Clinical
Microbiology and Infection, 2012: 18; 1185-93.
13
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; 139-46.
”I dag”
”Dyrkning + dypsekv.”
”Dypsekv.”
Hasman H et al. J Clin Microbiol 2014: 52; 139-46.
14
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: 3267-74.
DRM: Drug resistance mutation
UK Department of Health: ”100K Genome Project”
Organisasjonen ”Genomics England”
www.genomicsengland.co.uk
Planlegger helgenomsekvensering: 100.000 individer
En egen gruppe har utarbeidet «Strategic Priorities in Infectious Diseases»:
Se www.genomicsengland.co.uk/100k-genome-project/
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
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
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; e22403.
17
”Point-of-care” laboratorium
Fournier PE et al. Nature Rev Microbiol 2013; 11; 574-585
Tiltaksplan for medisinsk mikrobiologi fra 2004
http://legeforeningen.no/PageFiles/87625/Les%20tiltaksplanen!.pdf
Utfordringer og problemområder
Utførlig begrunnelse for bl a utvidet åpningstid.
Organisering av de medisinsk mikrobiologiske
labotatoriene
Bemanning
”Medisinsk mikrobiologi som 24-timers fag”
Etc…..
Procop GW. 2003.
18
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
Takk for oppmerksomheten!
☺
20