Kunskap och infrastruktur för sekvensering som byggts upp under covid-19 pandemin används nu i nationellt samarbetsprojekt för att patienter som drabbas av svåra bakterieinfektioner ska få snabbare behandling. Målet är att harmonisering av protokoll och dataanalys, tillsammans med den senaste generationens sekvenseringsteknologier för snabb analys av bakterier, ska korta tider och främja en mer jämlik vård över landet.
Under covid-19 pandemin utökades Sveriges kapacitet avsevärt för att sekvensera SARS-CoV-2 virus med den senaste generationens sekvenseringsteknologi. Den nyvunna kunskapen inom virussekvensering med snabbsekvenseringsteknologi, nanopore-sekvensering, har också stor potential för att sekvensera bakterier och andra mikroorganismer. Ett projekt som ska dra fortsatt nytta av detta startas nu som ett nationellt samarbete och koordineras av GMS Mikrobiologi.
I projektet ingår kliniska mikrobiologiska laboratorier från 17 av Sveriges 21 regioner, tillsammans med Folkhälsomyndigheten (Fohm), Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI) och SciLifeLab National Genomics Infrastructure (NGI). Projektet är också ett samarbete med SciLifeLab´s Pandemic Prepardness projekt, Oxford Nanopore och 1928 Diagnostics.
Paula Mölling. Foto: Maria Bergman.
– Då infrastruktur för nanopore-sekvensering har etablerats i 11 ytterligare regioner utanför samverkansregionerna under covid-19 pandemin så kan det här projekt ge förutsättningar för att använda den utökade nationella kapaciteten till en rad olika tillämpningsområden, säger Paula Mölling, nationell projektledare och co-chair för GMS Mikrobiologi och forskare vid Laboratoriemedicinska kliniken vid Universitetssjukhuset i Örebro och Institutionen för medicinska vetenskaper vid Örebro universitet.
Korta tiden från prov till svar
Diagnostiska metoder för att identifiera och artbestämma bakterier som är svårodlade, långsamväxande eller som inte går att odla alls i laboratorium baseras på genetiska analyser. I kliniska prover från normalt sterila lokaler, såsom hjärtklaffar, höftinplantat och ryggmärgsvätska, men med en indikation av infektion hos patienten används vanligen metoden 16S-sekvensering som görs direkt på provet. Tack vare att 16S-genen finns hos alla bakterier men varierar mellan olika arter, kan sekvensen utnyttjas för att identifiera olika bakteriearter i samma prov.
Erika Tång Hallbäck. Foto: privat.
– Vårt mål är att alla mikrobiologiska laboratorier ska kunna utföra den här typen av analyser själva, åtminstone för bakteriearter som är enklare att identifiera. Det sparar ovärderlig tid och ger behandlande läkare den information de behöver för att fatta snabba och korrekta beslut, förklarar Erika Tång Hallbäck, övermikrobiolog vid Klinisk mikrobiologi, Sahlgrenska universitetssjukhuset och koordinator för GMS Mikrobiologi.
I en nyligen genomförd förstudie har nanopore-sekvensering av 16S-genen där långa DNA-strängar läses, så kallad long read-sekvensering, jämförts med sekvensering där kortare DNA-strängar läses, short read-sekvensering. Den visade att 16S nanopore-sekvensering med fördel kan ersätta short read-sekvensering. Nanopore-teknologin innebär inte bara ett enklare laboratorieprotokoll utan ger också bättre förutsättningar att identifiera en bakterie ner på artnivå och är dessutom snabbare i själva sekvenseringen av 16S-genen som utförs i realtid, vilket sparar tid så att ett svar kan ges till behandlande läkare redan samma dag.
Jämföra diagnostiksvar över landet
I slutet på förra året skickades 20 olika bakterieprover till vart och ett av de 17 kliniska mikrobiologiska laboratorierna, Fohm, FOI och NGI för analys. Till den första analysomgången har proverna till största delen kommit från stamkollektionen Culture Collection University of Gothenburg (CCUG), samt en kvalitetspanel för 16S från QCMD – Quality Control for Molecular Diagnostics.
Preliminära resultat från 16S nanopore-sekvenseringen visar generellt mycket goda resultat från de deltagande laboratorierna, men att val av extraktionsmetod är viktigt för utfallet.
Gemensamt bioinformatiskt analysflöde
Inom projektet utvecklas även en nationell bioinformatisk pipeline, GMS-16S, i samarbete med FOI, för att harmonisera dataanalysflödet från de kliniska mikrobiologiska laboratorierna, Fohm, FOI och NGI.
– En gemensam bioinformatisk pipeline skulle medföra att alla ges möjligheten att analysera 16S nanopore-sekvenseringen på samma sätt, vilket ger jämförbara resultat mellan regioner. Målet är att framöver integrera den bioinformatiska analysen i den Nationella Genomikplattformen som GMS har etablerat och därigenom öka förutsättningarna för en nationellt harmoniserad precisionsdiagnostik av bakteriella infektioner, avslutar Paula Mölling.
Projektet finansieras gemensamt av GMS Mikrobiologi, SciLifeLab Pandemic Laboratory Preparedness, 1928 Diagnostics och Oxford Nanopore.
16S och nanopore-sekvensering
- 16S rDNA, 16S-genen, finns i alla bakterier och kodar för en liten subenhet på de essentiella ribosomerna (proteinfabrik). Genen innehåller variabla regioner som skiljer mellan olika bakterier och kan därför användas för att identifiera olika bakteriearter
- 16S nanopore-sekvensering är en snabb och odlingsfri metod och kan användas för att identifiera en eller flera bakterier i ett och samma prov, ofta inom ett dygn
- 16S-diagnostik görs främst på prov från s.k. sterila lokaler, d.v.s ledvätska, ryggmärgsvätska, höftinplantat men kan också användas för att undersöka ett mikrobiom, dvs kompositionen av olika bakterier, i andra kliniska material såsom tarmen
Bild: iStock photos