ПЦР-анализ в сочетании c секвенированием для идентификации гена 16S рРНК условно-патогенных микроорганизмов при установлении этиологии перипротезной инфекции суставов

Abstract

Введение. Ген 16S рРНК – эволюционно сохраненный ген, встречающийся исключительно у бактерий и архей, выступающий в роли молекулярной мишени для идентификации микроорганизмов на уровне рода, вида. ПЦР гена 16S рРНК представляет собой привлекательную альтернативу для обнаружения и идентификации бактериальных патогенов в клинических образцах пациентов с перипротезной инфекцией суставов, у которых имеется высокое подозрение на инфекцию, но бактериальные культуры отрицательны. Цель. Разработать и апробировать метод универсального ПЦР-анализа для идентификации гена 16S рРНК условно-патогенных микроорганизмов в сочетании с секвенированием в синовиальной жидкости и синовиальной ткани для этиологической идентификации возбудителей перипротезной инфекции, обусловленной эндопротезированием коленного, тазобедренного суставов. Материалы и методы. Проведена амплификация гена 16S рРНК с использованием универсальных прамейров с последующей детекцией результатов методом электрофореза. С помощью секвенирования по Сэнгеру проведена идентификация условно-патогенных микроорганизмов. Проведена оценка диагностической эффективности различных методов микробиологической диагностики перипротезной инфекции. Результаты. Были установлены достоверные отличия по частоте выявления специфических ампликонов размером около 1500 пар нуклеотидов между основной и контрольной группами при электрофоретической детекции гена 16S рРНК в синовиальной жидкости и в синовиальной ткани. Метод ПЦР в сочетании с секвенированием гена 16S рРНК показал высокую чувствительность (82,8% (95% ДИ: 71,8–90,1%)) и специфичность (95,0% (95% ДИ: 76,4–99,1%)) по сравнению с бактериологическим методом исследования (показатели диагностической чувствительности и диагностической специфичности теста – 70,3% (95% ДИ: 58,2–80,1%) и 90,0% (95% ДИ: 69,9–97,2%) соответственно) биологического материала пациентов с перипротезной инфекцией суставов. Заключение. Амплификация и секвенирование гена 16S рРНК имеет высокую диагностическую эффективность и позволяет идентифицировать условно-патогенные бактерии, участвующие в этиологии перипротезной инфекции суставов.

Introduction. The 16S rRNA gene is an evolutionarily conserved gene found exclusively in bacteria and archaea, and acting as a molecular target for identifying microorganisms at the genus and species level. 16S rRNA gene PCR represents an attractive alternative for detecting and identifying bacterial pathogens in clinical specimens from patients with periprosthetic joint infection presenting a high suspicion of infection but negative bacterial cultures. Purpose. To elaborate and approve a universal PCR analysis method for identifying the 16S rRNA gene of opportunistic pathogens in combination with sequencing in synovial fluid and synovial tissue for etiologic identification of pathogens responsible for periprosthetic infection caused by knee and hip joint endoprosthesis replacement. Materials and methods. Amplification of the 16S rRNA gene was performed using universal primers with subsequent detection of the results by electrophoresis. Sanger sequencing was used to identify opportunistic microorganisms. The diagnostic efficiency of various methods of microbiologic diagnostics of periprosthetic infection was evaluated. Results. Significant differences were found in the frequency of detection of specific amplicons of abour 1500 base pairs between the main and control groups in the electrophoretic detection of the 16S rRNA gene in synovial fluid and synovial tissue. The PCR method in combination with sequencing of the 16S rRNA gene showed high sensitivity (82.8% (95% CI: 71.8–90.1%)) and specificity (95.0% (95% CI: 76.4–99.1%)) compared with the bacteriologic research method (sensitivity and specificity of the test being 70.3% (95% CI: 58.2–80.1%) and 90.0% (95% CI: 69.9–97.2%), respectively) of biological material from patients with periprosthetic joint infection. Conclusion. Both amplification and sequencing of the 16S rRNA gene have high diagnostic efficiency and allows identifying opportunistic bacteria involved in the etiology of periprosthetic joint infection.