1

Framtidstrender innen

mikrobiologi

Fredrik Müller

Mikrobiologisk avdeling,

Oslo universitetssykehus HF

2

1. Samfunnsmessige trenderi. Befolkningstallii. Alderssammensetningiii. Innvandring og reisevirksomhet

2. Forekomst og behandling av infeksjonssykdommeri. «Emerging and re-emerging infections»ii. Immunsupprimerte pasienteriii. Resistensproblematikkiv. Tilgang til antimikrobielle midler

3. Det mikrobiologiske laboratorieti. Nye diagnostiske metoder: ”Genomikk og proteomikk”ii. Pasientnær analysering («Point-of-care»)iii. Organiseringiv. Utfordringer

Dette vil jeg si noe om:

Befolkningsutvikling i Norge – tre ulike alternativer

3

Befolkningsutvikling fram til 2040, fordelt på aldersgrupper

«Internasjonalisering»

Økende reisevirksomhet

4

Emerging and re-emerging infections

Emerging and re-emerging infections

5

Immunsupprimerte pasienter og infeksjoner

Utvikling av Gram-negativ resistens fra 2006 til 2013

6

Liten tilgang på nye antimikrobielle midler

Nye diagnostiske metoder

7

Melin P. University of Liege, 2011.

Melin P. University of Liege, 2011.

3.3

8

Fournier PE et al. Nature Rev Microbiol 2013; 11; 574-585

3.1Mikrobiologi & genomikk

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 bruker1. «Point-of-care laboratorium»2. Instrumenter som settes ut på kliniske avdelinger

9

Mikrobiologisk avdeling

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!

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)

Store, automatiserte plattformer

10

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.

Clerc O, Greub G. Clin Microbiol Infect 2010; 16; 1054-61.

Point-of-care testing ~ Pasientnær analysering (PNA)

11

Mikrobiologi & genomikk: Sekvensering

Sanger-sekvensering

Mindre egnet ved mer komplekse blandinger av mikrobielt DNA

Brukt i mange år, hovedsakelig for:�Identifikasjon av bakterier og sopp�Genotypisk resistensbestemmelse�Typingsmetoder fra renkultur av bakterier

Dypsekvensering: PCR med påfølgende ”massiv parallell sekvensering”

12

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, typingsmarkøreretc.

Bedre kunnskap om sammenheng mellom genotypi og fenotypi

Databaser og datalagring

13

Dypsekvensering & bakteriologi: Prøver med blandingsflora16S 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. ClinicalMicrobiology and Infection, 2012: 18; 1185-93.

14

Dypsekvensering & bakteriologi: Resistensbestemmelse og virulensfaktorer

Hasman H et al. J Clin Microbiol 2014: 52; 139-46.

Dypsekvensering av 35 urinprøver fra bakteriologisk rutine1. Fra isolat etter dyrkning2. 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.”

15

Svarovskaia ES et al. Abundant drug-resistant NS3 mutants detected by deepSequencing in hepatitis C virus-infected patients undergoing NS3 proteaseinhibitor monotherapy. J Clin Microbiol 2012; 50: 3267-74.

Dypsekvensering & virologi: Resistensbestemmelse, noen eksempler

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. HIV2. Hepatitt C virus3. 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.”

16

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 & genomikk: Dypsekvensering

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:ResistensbestemmelseIdentifikasjon i blandingskultur……………………….

17

Mikrobiologi & klassiske metoder: dyrkning og automasjon

”Point-of-care” laboratorium

Cohen-Bacrie S et al. PLOS One 2011: 6; e22403.

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.

18

Fournier PE et al. Nature Rev Microbiol 2013; 11; 574-585

”Point-of-care” laboratorium

Utfordringer og problemområder

Utførlig begrunnelse for bl a utvidet åpningstid.

Organisering av de medisinsk mikrobiologiske labotatoriene

Bemanning

”Medisinsk mikrobiologi som 24-timers fag”

Etc…..

Tiltaksplan for medisinsk mikrobiologi fra 2004

Procop GW. 2003.

http://legeforeningen.no/PageFiles/87625/Les%20tiltaksplanen!.pdf

19

Organisering av de mikrobiologiske laboratoriene

«Dagens situasjon»

Økendefusjonering?

Økendefragmentering?

Konso-lidering?

«Tegn i tiden….» «Teknisk organisering»«Faglig 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

20

Takk for oppmerksomheten!

☺