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Nov 02, 2023

혼합 시료에 대한 신속한 항생제 감수성 테스트 및 종 식별

Nature Communications 13권, 기사 번호: 6215(2022) 이 기사 인용 10,000회 액세스 7회 인용 22회 Altmetric Metrics 세부 정보 항균제 내성은 전 세계적으로 증가하는 문제입니다.

Nature Communications 13권, 기사 번호: 6215(2022) 이 기사 인용

10,000회 액세스

7 인용

22 알트메트릭

측정항목 세부정보

항생제 내성은 전 세계적으로 증가하는 문제입니다. 저항성이 높은 환경에서 개인별 처방을 가능하게 하고 광범위한 약물의 사용을 제한하기 위해서는 신속한 항생제 감수성 검사(AST)가 병원에서 시급히 필요합니다. 현재의 신속한 표현형 AST 방법에는 종 식별(ID)이 포함되어 있지 않으므로 감도를 확인하기 위해 ID가 필요할 때 시간이 많이 걸리는 도금 또는 배양이 유일한 옵션으로 남아 있습니다. 여기서 우리는 현장 FISH에 의한 후속 유전형 분석을 허용하는 미세 유체 칩의 단일 세포 수준에서 표현형 AST를 수행하는 방법을 설명합니다. 개별 세포 종에 대한 표현형 AST 반응을 계층화함으로써 혼합 샘플의 각 종에 대한 감수성 프로파일을 2시간 안에 결정하는 것이 가능합니다. 이 원리 증명 연구에서 우리는 4가지 항생제와 7종의 조합이 포함된 혼합 샘플을 사용한 작업을 시연합니다.

항생제 내성의 급격한 증가는 인류 건강에 심각한 위협입니다. 효과적인 항생제에 대한 접근은 현대 의학의 초석이자 암 치료 및 수술 등의 전제 조건입니다. 다양한 조사1,2에 따라 상황이 얼마나 심각한지에 대해 서로 다른 추정이 이루어지지만, 조치를 취해야 하며 그렇지 않으면 인간의 고통과 세계 경제에 미치는 영향 측면에서 비용이 엄청날 것이라는 합의된 견해가 있습니다3. 전문가들은 또한 문제가 적어도 부분적으로 광범위한 항생제의 무분별한 사용과 오용으로 인해 발생한다는 데 동의합니다4. 이 문제를 극복하려면 이상적으로는 진료 시점에 개인별 맞춤화된 신속한 항생제 감수성 검사(AST)가 필요합니다5. 이러한 도구가 없으면 의사는 병원체와 저항성 프로필을 식별하는 데 며칠이 걸릴 수 있으므로 광범위한 항생제를 처방하는 것 외에는 다른 옵션이 없습니다.

기존 표현형 AST(디스크 확산 한천 희석 또는 국물 미세 희석)의 한계는 효과를 보려면 항생제 유무에 관계없이 장기간 박테리아 성장이 필요하다는 것입니다. 그러나 특정 유형의 세균 감염의 경우 치료 시작 전 6시간만 지연되어도 심각한 결과를 초래할 수 있습니다6. 그러한 예 중 하나가 패혈증인데, 효과적인 치료가 제공되지 않으면 사망 위험이 매시간 7.6% 증가하는 것으로 추정됩니다7. 또한, 빠른 AST가 없는 경우 패혈증 환자의 25% 이상이 임상의에 의해 부적절한 항생제로 치료를 받았으며 이는 사망률과 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났습니다8,9,10. 따라서 생명을 구하기 위해서는 신속하고 정확한 AST가 필요합니다. 그러나 AMR의 증가를 고려하면 생명을 위협하는 상태가 주요 원인이 아니라 보다 양성 상태에 대한 항생제의 대량 사용이 주요 원인입니다11. 효과적인 항생제의 고갈은 또한 국소 내성 유병률이 약 10~20%에 도달했을 때 1차 항생제를 변경하는 전략에 의해 주도됩니다. 빠르고 신뢰할 수 있는 AST에 접근할 수 있다면 여전히 취약한 감염의 80~90%에 대해 고저항성 항생제를 사용할 수 있습니다.

생명을 구하고 처방을 안내하기 위한 신속한 AST의 명백한 필요성과 이점으로 인해 지난 10년 동안 몇 가지 새로운 방법이 개발되었습니다. 이러한 방법은 최근 여러 리뷰(예: 4,12)에 설명되어 있으며 여기서는 다양한 방법의 모든 장단점을 반복하지 않습니다. 간단히 말해서, 이러한 방법은 유전형과 표현형의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 유전형 방법은 항생제 내성과 관련된 특정 유전적 마커를 식별합니다. 이러한 방법은 특정 저항성 유전자의 존재를 신속하게 감지할 수 있지만, 특히 새로운 저항성 메커니즘의 급속한 출현을 고려할 때 완전함과는 거리가 먼 저항성 메커니즘에 대한 우리의 지식에 의존합니다. 더욱이, 저항성 유전자가 없다고 해서 항생제에 대한 감수성을 예측할 수는 없습니다14. 즉, 사용하지 말아야 할 것을 배울 수는 있지만 효과가 있는 것은 배울 수 없습니다. 표현형 방법에서는 박테리아를 항생제에 노출시키고 표현형 반응(예: 용해 또는 성장률 감소)을 모니터링합니다. 표현형 방법은 저항 메커니즘과 관계없이 작동합니다. 표현형 반응이 있으면 박테리아는 감수성이 있습니다. 시장에 출시된 다양한 신속한 표현형 AST는 환자 샘플링 후 6시간 이상 증가한 양성 혈액 배양에 대해 2~6시간 내에 답변(감수성 또는 저항성)을 제공할 수 있습니다. 소변과 같은 다른 샘플의 경우 샘플을 마이크로칩에 직접 넣고 항생제 유무에 관계없이 성장률을 측정함으로써 그람 음성 종의 응답 시간을 30분으로 줄일 수 있습니다15.