Kontekst badania
Pseudomonas aeruginosa jest bakterią środowiskową, która w warunkach szpitalnych może stać się groźnym patogenem oportunistycznym. Szczególnie duże ryzyko dotyczy oddziałów intensywnej terapii, gdzie przebywają pacjenci w ciężkim stanie, często podłączeni do aparatury medycznej i poddawani inwazyjnym procedurom. Bakteria ta wykazuje zdolność do przetrwania w wilgotnym środowisku instalacji wodociągowo-kanalizacyjnych, zwłaszcza w odpływach umywalek, syfonach, bateriach oraz innych elementach armatury sanitarnej.
Dotychczasowe badania wskazywały na znaczenie środowiska sanitarnego jako potencjalnego źródła zakażeń, jednak brakowało jednoznacznych narzędzi pozwalających z dużą precyzją odróżnić przypadkowe współwystępowanie szczepów od rzeczywistej transmisji między środowiskiem a pacjentem lub między pacjentami. Rozwój pełnogenomowego sekwencjonowania stworzył możliwość szczegółowego porównywania szczepów bakterii na poziomie całego genomu, jednak nadal nie było ustalone, jaka skala różnic genetycznych odpowiada niedawnej transmisji w warunkach szpitalnych.
Cele i hipotezy
Celem pracy było opracowanie praktycznego podejścia umożliwiającego identyfikację łańcuchów transmisji Pseudomonas aeruginosa w oddziałach intensywnej terapii przy użyciu danych genomowych oraz ich zestawienia z informacjami epidemiologicznymi. Autorzy dążyli do określenia maksymalnej liczby różnic genetycznych, która może jeszcze odpowiadać szczepom pochodzącym z niedawnej wspólnej transmisji.
Zakładano, że odpowiednio wyznaczony próg różnic genetycznych pozwoli wiarygodnie wskazać przypadki transmisji środowisko–pacjent oraz pacjent–pacjent, a uzyskane wyniki będą zgodne z dostępnymi danymi dotyczącymi miejsca i czasu pobytu pacjentów w oddziale.
Metody badawcze
Badanie objęło 2046 izolatów Pseudomonas aeruginosa zebranych w latach 2017–2019 w siedmiu oddziałach intensywnej terapii w rejonie Toronto. Część próbek pochodziła od pacjentów, zarówno z badań przesiewowych, jak i z materiału klinicznego pobieranego w przypadku objawów zakażenia. Pozostałe izolaty pochodziły ze środowiska oddziałów, w szczególności z odpływów umywalek, powierzchni w pobliżu umywalek, baterii oraz powietrza w bezpośrednim sąsiedztwie strumienia wody.
Dla wszystkich izolatów przeprowadzono pełnogenomowe sekwencjonowanie, a następnie porównano je pod względem liczby różnic w pojedynczych pozycjach materiału genetycznego. W celu wyznaczenia granicy pozwalającej uznać dwa izolaty za potencjalnie powiązane transmisyjnie zastosowano dwa niezależne podejścia statystyczne. Ostatecznie przyjęto wartość 24 różnic jako praktyczny próg wskazujący na niedawną wspólnotę pochodzenia.
Równolegle opracowano punktową skalę powiązań epidemiologicznych, która uwzględniała między innymi przebywanie w tym samym oddziale, zajmowanie tej samej sali oraz odstęp czasu między pobraniem próbek. Pozwoliło to porównać wyniki analizy genetycznej z informacjami organizacyjnymi dotyczącymi funkcjonowania oddziałów.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Analiza wykazała, że przyjęty próg 24 różnic genetycznych skutecznie odróżniał szczepy potencjalnie powiązane transmisyjnie od szczepów niepowiązanych. Większość par izolowanych ze środowiska i od pacjentów, które spełniały kryterium genetyczne, miała także logiczne uzasadnienie epidemiologiczne, na przykład wspólne miejsce pobytu lub bliski odstęp czasowy.
Zidentyfikowano 77 klastrów transmisji obejmujących zarówno próbki środowiskowe, jak i kliniczne. Około jedna trzecia wszystkich analizowanych izolatów należała do takich klastrów. W ponad jednej czwartej pacjentów stwierdzono powiązania sugerujące transmisję między pacjentami, natomiast w szesnastu procentach przypadków wykazano powiązania między środowiskiem a pacjentem.
Szczególnie istotnym wynikiem było wykazanie, że niektóre szczepy utrzymywały się w odpływach umywalek przez okres sięgający niemal dwóch lat. W kilku przypadkach szczepy wykryte w środowisku poprzedzały czasowo pojawienie się tego samego wariantu u pacjenta, co wskazuje na możliwy kierunek transmisji ze środowiska instalacji wodociągowo-kanalizacyjnej do chorego.
Stwierdzono także klastry obejmujące więcej niż jeden oddział intensywnej terapii, co może sugerować istnienie wspólnych rezerwuarów w infrastrukturze wodociągowo-kanalizacyjnej lub przemieszczanie się szczepów między jednostkami.
Wnioski
Badanie pokazuje, że analiza pełnych genomów bakterii może stanowić praktyczne narzędzie wspierające kontrolę zakażeń w oddziałach intensywnej terapii. Ustalony próg różnic genetycznych umożliwia szybkie wskazanie potencjalnych przypadków transmisji bez konieczności stosowania bardzo złożonych metod analitycznych.
Wyniki jednoznacznie potwierdzają, że odpływy umywalek i elementy instalacji wodociągowo-kanalizacyjnych mogą stanowić trwałe rezerwuary bakterii odpowiedzialnych za zakażenia szpitalne. Dla inżynierów zajmujących się projektowaniem i eksploatacją instalacji wodociągowych oraz kanalizacyjnych oznacza to konieczność traktowania tych elementów jako aktywnych komponentów systemu bezpieczeństwa epidemiologicznego szpitala, a nie jedynie jako biernych elementów infrastruktury.
Integracja danych technicznych, organizacyjnych i mikrobiologicznych może znacząco poprawić skuteczność działań prewencyjnych oraz ograniczyć ryzyko zakażeń związanych z funkcjonowaniem instalacji wodociągowo-kanalizacyjnych.
Ograniczenia zakresu badawczego
Ograniczeniem badania była niepełna dostępność szczegółowych danych dotyczących przemieszczania się pacjentów między salami, co mogło prowadzić do niedoszacowania rzeczywistych powiązań epidemiologicznych. Analiza obejmowała wyłącznie siedem oddziałów w jednym regionie geograficznym, dlatego nie można automatycznie uogólniać wyników na wszystkie obiekty ochrony zdrowia.
Ponadto badanie koncentrowało się na identyfikacji powiązań genetycznych i epidemiologicznych, nie obejmując szczegółowej analizy hydraulicznej instalacji wodociągowo-kanalizacyjnych ani mechanizmów przepływu, które mogłyby dodatkowo wyjaśnić drogi rozprzestrzeniania się bakterii w systemie.
Artykuł opublikowano w Genome Biology