Использование метода 16S рРНК метабаркодинга для идентификации этиологических агентов инфекционного эндокардита

Цель исследования — оценить эффективность идентификации бактериальных агентов в нативных клапанах сердца, пораженных инфекционным эндокардитом, методом 16SрРНК метабаркодинга.

Материалы и методы. Материалом для исследования послужили 20 образцов нативных клапанов сердца, полученных от 16 пациентов. Секвенирование проводили в Центре коллективного пользования «Геномика» (Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН, Новосибирск) на секвенаторе MiSeq (Illumina, США), используя набор MiSeq Reagent Kit v. 3 (2×300 bp; Illumina, США).

Результаты. Выявлены мажорные микроорганизмы (доля которых в анализируемом образце составила более 5% от всех идентифицированных бактериальных агентов), относящиеся к родам Streptococcus (40% от всех проанализированных клапанов), Sphingomonas (35%), Pseudomonas (35%), Roseateles (25%), Phyllobacterium (25%) и Enterococcus (15%). Кроме того, в изученных клапанах обнаружены единичные случаи присутствия Ralstoniapickettii и представителей родов Bacillus и Klebsiella.

Заключение. Результаты исследования продемонстрировали эффективность метода 16SрРНК метабаркодинга для идентификации бактериальных агентов по сравнению с рутинными неинвазивными методами диагностики. Нативные клапаны сердца, удаленные у пациентов с инфекционным эндокардитом, характеризовались большим количеством условно-патогенных микроорганизмов при отрицательных результатах посева крови.

1. Li M., Kim J.B., Sastry B.K.S., Chen M. Infective endocarditis. Lancet 2024; 404(10450): 377–392, https://doi.org/10.1016/S0140-6736(24)01098-5.
2. Martínez-Sellés M., Muñoz P. Epidemiology, diagnosis, treatment, and prognosis of infective endocarditis. J Clin Med 2023; 12(17): 5705, https://doi.org/10.3390/jcm12175705.
3. Стасев А.Н., Рутковская Н.В., Кокорин С.Г., Левадин Ю.В. Сальмонелезный эндокардит митральнго клапана: клиническое наблюдение. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний 2017; 2: 123–126, https://doi.org/10.17802/2306-1278-2017-2-123-126.
4. Oberbach A., Schlichting N., Feder S., Lehmann S., Kullnick Y., Buschmann T., Blumert C., Horn F., Neuhaus J., Neujahr R., Bagaev E., Hagl C., Pichlmaier M., Rodloff A.C., Gräber S., Kirsch K., Sandri M., Kumbhari V., Behzadi A., Behzadi A., Correia J.C., Mohr F.W., Friedrich M. New insights into valve-related intramural and intracellular bacterial diversity in infective endocarditis. PLoS One 2017; 12(4): e0175569, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0175569.
5. Демин А.А., Кобалава Ж.Д., Скопин И.И., Тюрин В.П., Бойцов С.А., Голухова Е.З., Гордеев М.Л., Гудымович В.Г., Демченко Е.А., Дробышева В.П., Домонова Э.А., Драпкина О.М., Загородникова К.А., Иртюга О.Б., Кахкцян П.В., Козлов Р.С., Котова Е.О., Медведев А.П., Муратов Р.М., Николаевский Е.Н., Писарюк А.С., Пономарева Е.Ю., Попов Д.А., Рачина С.А., Ревишвили А.Ш., Резник И.И., Рыжкова Д.В., Сафарова А.Ф., Тазина С.Я., Чипигина Н.С., Шипулина О.Ю., Шляхто Е.В., Шнейдер Ю.А., Шостак Н.А. Инфекционный эндокардит и инфекция внутрисердечных устройств. Клинические рекомендации 2021. Российский кардиологический журнал 2022; 27(10): 5233, https://doi.org/10.15829/1560-4071-2022-5233.
6. Котова Е.О., Домонова Э.А., Кобалава Ж.Д., Моисеева А.Ю., Писарюк А.С., Сильвестрова О.Ю., Караулова Ю.Л., Акимкин В.Г. Клинико-диагностическая ценность включения ПЦР-исследования крови в традиционный алгоритм идентификации возбудителей инфекционного эндокардита: когортное исследование 124 пациентов. Терапевтический архив 2023; 95(1): 23–31, https://doi.org/10.26442/00403660.2023.01.202042.
7. Zeng X., Wu J., Li X., Xiong W., Tang L., Li X., Zhuang J., Yu R., Chen J., Jian X., Lei L. Application of metagenomic next-generation sequencing in the etiological diagnosis of infective endocarditis during the perioperative period of cardiac surgery: a prospective cohort study. Front Cardiovasc Med 2022; 9: 811492, https://doi.org/10.3389/fcvm.2022.811492.
8. Haddad S.F., DeSimone D.C., Chesdachai S., Gerberi D.J., Baddour L.M. Utility of metagenomic next-generation sequencing in infective endocarditis: a systematic review. Antibiotics (Basel) 2022; 11(12): 1798, https://doi.org/10.3390/antibiotics11121798.
9. Burban A., Słupik D., Reda A., Szczerba E., Grabowski M., Kołodzińska A. Novel diagnostic methods for infective endocarditis. Int J Mol Sci 2024; 25(2): 1245, https://doi.org/10.3390/ijms25021245.
10. Martinez-Porchas M., Villalpando-Canchola E., Ortiz Suarez L.E., Vargas-Albores F. How conserved are the conserved 16S-rRNA regions? PeerJ 2017; 5: e3036, https://doi.org/10.7717/peerj.3036.
11. Anton-Vazquez V., Dworakowski R., Cannata A., Amin-Youssef G., Gunning M., Papachristidis A., MacCarthy P., Baghai M., Deshpande R., Khan H., Byrne J., Fife A. 16S rDNA PCR for the aetiological diagnosis of culture-negative infective endocarditis. Infection. 2022;50(1):243-249. doi: https://doi.org/10.1007/s15010-021-01690-x.
12. Fadrosh D.W., Ma B., Gajer P., Sengamalay N., Ott S., Brotman R.M., Ravel J. An improved dual-indexing approach for multiplexed 16S rRNA gene sequencing on the Illumina MiSeq platform. Microbiome 2014; 2(1): 6, https://doi.org/10.1186/2049-2618-2-6.
13. Shen W., Le S., Li Y., Hu F. SeqKit: a cross-platform and ultrafast toolkit for FASTA/Q file manipulation. PLoS One 2016; 11(10): e0163962, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0163962.
14. https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/.
15. Edgar R.C. UPARSE: highly accurate OTU sequences from microbial amplicon reads. Nat Methods 2013; 10(10): 996–998, https://doi.org/10.1038/nmeth.2604.
16. Edgar R.C. Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST. Bioinformatics 2010; 26(19): 2460–2461, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btq461.
17. Edgar R.C. UNOISE2: improved error-correction for Illumina 16S and ITS amplicon sequencing. bioRxiv 2016, https://doi.org/10.1101/081257.
18. Edgar R.C. SINTAX: a simple non-Bayesian taxonomy classifier for 16S and ITS sequences. bioRxiv 2016, https://doi.org/10.1101/074161.
19. Wang Q., Garrity G.M., Tiedje J.M., Cole J.R. Naive Bayesian classifier for rapid assignment of rRNA sequences into the new bacterial taxonomy. Appl Environ Microbiol 2007; 73(16): 5261–5267, https://doi.org/10.1128/AEM.00062-07.
20. Kouijzer J.J.P., Noordermeer D.J., van Leeuwen W.J., Verkaik N.J., Lattwein K.R. Native valve, prosthetic valve, and cardiac device-related infective endocarditis: a review and update on current innovative diagnostic and therapeutic strategies. Front Cell Dev Biol 2022; 10: 995508, https://doi.org/10.3389/fcell.2022.995508.
21. Thornhill M.H., Dayer M.J., Nicholl J., Prendergast B.D., Lockhart P.B., Baddour L.M. An alarming rise in incidence of infective endocarditis in England since 2009: why? Lancet 2020; 395(10233): 1325–1327, https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30530-4.
22. Кобалава Ж.Д., Котова Е.О. Глобальные и национальные тренды эволюции инфекционного эндокардита. Кардиология 2023; 63(1): 3–11, https://doi.org/10.18087/cardio.2023.1.n2307.
23. Reisinger M., Kachel M., George I. Emerging and re-emerging pathogens in valvular infective endocarditis: a review. Pathogens 2024; 13(7): 543, https://doi.org/10.3390/pathogens13070543.
24. Cai S., Yang Y., Pan J., Miao Q., Jin W., Ma Y., Zhou C., Gao X., Wang C., Hu B. The clinical value of valve metagenomic next-generation sequencing when applied to the etiological diagnosis of infective endocarditis. Ann Transl Med 2021; 9(19): 1490, https://doi.org/10.21037/atm-21-2488.
25. Kim S.L., Gordon S.M., Shrestha N.K. Distribution of streptococcal groups causing infective endocarditis: a descriptive study. Diagn Microbiol Infect Dis 2018; 91(3): 269–272, https://doi.org/10.1016/j.diagmicrobio.2018.02.015.
26. Chamat-Hedemand S., Dahl A., Østergaard L., Arpi M., Fosbøl E., Boel J., Oestergaard L.B., Lauridsen T.K., Gislason G., Torp-Pedersen C., Bruun N.E. Prevalence of infective endocarditis in streptococcal bloodstream infections is dependent on streptococcal species. Circulation 2020; 142(8): 720–730, https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.120.046723.
27. Habib G., Lancellotti P., Erba P.A., Sadeghpour A., Meshaal M., Sambola A., Furnaz S., Citro R., Ternacle J, Donal E., Cosyns B., Popescu B., Iung B., Prendergast B., Laroche C., Tornos P., Pazdernik M., Maggioni A., Gale C.P.; EURO-ENDO Investigators. The ESC-EORP EURO-ENDO (European Infective Endocarditis) registry. Eur Heart J Qual Care Clin Outcomes 2019; 5(3): 202–207, https://doi.org/10.1093/ehjqcco/qcz018. Erratum in: Eur Heart J Qual Care Clin Outcomes 2020; 6(1): 91, https://doi.org/10.1093/ehjqcco/qcz060.
28. Conwell M., Dooley J.S.G., Naughton P.J. Enterococcal biofilm — a nidus for antibiotic resistance transfer? J Appl Microbiol 2022; 132(5): 3444–3460, https://doi.org/10.1111/jam.15441.
29. Lecomte R., Laine J.B., Issa N., Revest M., Gaborit B., Le Turnier P., Deschanvres C., Benezit F., Asseray N., Le Tourneau T., Pattier S., Al Habash O., Raffi F., Boutoille D., Camou F. Long-term outcome of patients with nonoperated prosthetic valve infective endocarditis: is relapse the main issue? Clin Infect Dis 2020; 71(5): 1316–1319, https://doi.org/10.1093/cid/ciz1177.
30. Calderón-Parra J., Kestler M., Ramos-Martínez A., Bouza E., Valerio M., de Alarcón A., Luque R., Goenaga M.Á., Echeverría T., Fariñas M.C., Pericàs J.M., Ojeda-Burgos G., Fernández-Cruz A., Plata A., Vinuesa D., Muñoz P.; on behalf of the GAMES investigators. Clinical factors associated with reinfection versus relapse in infective endocarditis: prospective cohort study. J Clin Med 2021; 10(4): 748, https://doi.org/10.3390/jcm10040748.
31. Danneels P., Hamel J.F., Picard L., Rezig S., Martinet P., Lorleac’h A., Talarmin J.P., Buzelé R., Guimard T., Le Moal G., Brochard-Libois J., Beaudron A., Letheulle J., Codde C., Chenouard R., Boutoille D., Lemaignen A., Bernard L., Cattoir V., Dubée V; EFEMER study group. Impact of Enterococcus faecalis endocarditis treatment on risk of relapse. Clin Infect Dis 2023; 76(2): 281–290, https://doi.org/10.1093/cid/ciac777.
32. Basso M., Venditti C., Raponi G., Navazio A.S., Alessandri F., Giombini E., Nisii C., Di Caro A., Venditti M. A case of persistent bacteraemia by Ralstonia mannitolilytica and Ralstonia pickettii in an intensive care unit. Infect Drug Resist 2019; 12: 2391–2395, https://doi.org/10.2147/IDR.S206492.
33. Orme J., Rivera-Bonilla T., Loli A., Blattman N.N. Native valve endocarditis due to Ralstonia pickettii: a case report and literature review. Case Rep Infect Dis 2015; 2015: 324675, https://doi.org/10.1155/2015/324675.
34. Wright W.F. Central venous access device-related bacillus cereus endocarditis: a case report and review of the literature. Clin Med Res 2016; 14(2): 109–115, https://doi.org/10.3121/cmr.2016.1312.
35. Gopinathan A., Kumar A., Sen A.C., Sudha S., Varma P., Gs S., Eapen M., Dinesh K.R. A case series and review of bacillus cereus endocarditis from India. Open Microbiol J 2018; 12: 28–33, https://doi.org/10.2174/1874285801812010028.
36. Ioannou P., Miliara E., Baliou S., Kofteridis D.P. Infective endocarditis by Klebsiella species: a systematic review. J Chemother 2021; 33(6): 365–374, https://doi.org/10.1080/1120009X.2021.1888025.

Sinitskaya А.V., Kostunin А.Е., Khutornaya М.V., Poddubnyak А.О., Hryachkova О.N., Asanov М.А., Tupikin А.Е., Kabilov М.R., Stasev А.N., Sinitsky М.Y. 16S rRNA Metabarcoding Used to Identify the Etiology of Infective Endocarditis Agents. Sovremennye tehnologii v medicine 2026; 18(1): 45, https://doi.org/10.17691/stm2026.18.1.04