DOI: https://doi.org/10.3389/fmed.2025.1699607
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41574363
تاريخ النشر: 2026-01-07
المؤلف: Jiheng Xiao وآخرون
الموضوع الرئيسي: العدوى والعلاجات العظمية
نظرة عامة
تدرس الدراسة دقة التشخيص لتسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) في تحديد مسببات الأمراض في عدوى العظام، مقارنةً بالزراعة الميكروبية التقليدية. أجريت الدراسة في مستشفى الاتحاد، كلية تونغجي الطبية، وشملت 135 مريضًا بالغًا يُشتبه في إصابتهم بعدوى العظام، حيث تم تصنيف 101 منهم كمجموعة العدوى (IG). أظهرت النتائج أن mNGS أظهر حساسية أعلى بشكل ملحوظ (94.06%) مقارنةً بالزراعات التقليدية (47.52%، p = 0.000)، مع الحفاظ على خصوصية مشابهة (85.29% مقابل 76.47%، p = 0.549).
بالإضافة إلى ذلك، استكشفت الدراسة المعلمات السريرية مثل تفاضلات كريات الدم البيضاء، بروتين سي التفاعلي (CRP)، وطول فترة الإقامة في المستشفى بالنسبة لنتائج mNGS. على الرغم من عدم كونها ذات دلالة إحصائية، إلا أن المرضى الإيجابيين لـ mNGS كانوا يميلون إلى قضاء فترات أطول في المستشفى (p = 0.098)، مما يشير إلى وجود ارتباطات محتملة مع تعقيد العدوى. تقترح النتائج أن mNGS يعزز بشكل كبير العائد التشخيصي لعدوى العظام، خاصة في الحالات التي تكون متعددة الميكروبات أو سلبية الزراعة، وقد يسهل العلاج المضاد للميكروبات في الوقت المناسب والمستهدف، مما يحسن في النهاية نتائج المرضى ويقلل من أعباء الرعاية الصحية.
مقدمة
تستمر العدوى في كونها سببًا مهمًا للمراضة والوفيات على مستوى العالم، مما تفاقم بسبب سوء استخدام الأدوية المضادة للميكروبات، مما أدى إلى زيادة مقاومة الأدوية بين الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض. يشكل هذا تحديًا كبيرًا للأطباء، خاصة في الممارسة الطبية العظمية حيث تكون العدوى الجراحية بعد العمليات والعدوى المختلطة في الإصابات المفتوحة شائعة. هذه العدوى تعطل الشفاء والتعافي، مما يفرض أعباء جسدية وعقلية واقتصادية كبيرة على المرضى. تعاني طرق الزراعة الميكروبية التقليدية، على الرغم من كونها فعالة من حيث التكلفة ومستخدمة على نطاق واسع، غالبًا من قيود في الحساسية والسرعة، خاصة في الحالات التي تتضمن بكتيريا منخفضة الفوعة أو تعرض سابق للمضادات الحيوية، مما يؤدي إلى احتمالية حدوث تشخيصات خاطئة.
لمعالجة هذه التحديات، هناك حاجة ملحة لأساليب تشخيصية مبتكرة. لقد ظهر تسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) كأداة واعدة، مما يسمح بالتسلسل المباشر للعينات السريرية لتحديد مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض دون الحاجة إلى الزراعة. تعزز هذه الطريقة دقة تحديد مسببات الأمراض وقد أظهرت إمكانات في سياقات سريرية مختلفة. ومع ذلك، فإن تطبيقها على عينات الأنسجة السريرية من عدوى العظام لا يزال غير مستكشف بشكل كاف، خاصة فيما يتعلق بارتباطها بنتائج المرضى. الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو تقييم الأداء التشخيصي لـ mNGS مقارنةً بأساليب الزراعة التقليدية في المرضى المشتبه في إصابتهم بعدوى العظام، مع التركيز على حساسيتها وخصوصيتها والأثر المحتمل لنتائج mNGS على شدة الحالة السريرية وتوقعات المرضى.
الطرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون المنهجية المستخدمة لتسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) والتحليل اللاحق للبيانات. يسمح نهج mNGS بالتحديد الشامل للمجتمعات الميكروبية داخل عينة معينة من خلال تسلسل جميع الأحماض النووية الموجودة. يوضح المؤلفون إعداد العينة، بروتوكولات التسلسل، وأدوات المعلوماتية الحيوية المستخدمة لمعالجة وتحليل بيانات التسلسل.
تُبرز النتائج الرئيسية من تحليل mNGS، مع التركيز على القدرة على اكتشاف مجموعة واسعة من الكائنات الدقيقة، بما في ذلك البكتيريا والفيروسات والفطريات، والتي قد لا يمكن تحديدها من خلال الطرق التقليدية المعتمدة على الزراعة. يناقش المؤلفون أيضًا أهمية نتائجهم في فهم التنوع الميكروبي وآثاره على الصحة والمرض. بشكل عام، توفر منهجية mNGS أداة قوية لتقدم أبحاث الميكروبيوم والتشخيصات.
النتائج
يستعرض قسم النتائج المعايير المستخدمة في تفسير نتائج تسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) الإيجابية، مع التركيز على مختلف الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض، بما في ذلك البكتيريا والفطريات والفيروسات والطفيليات. تم استخدام معلمات رئيسية من منصة التسلسل، مثل عدد القراءات المخصصة بشكل خاص ومعدلات التغطية، لضمان تحديد دقيق لمسببات الأمراض مع تقليل العوامل المربكة مثل تلوث الأحماض النووية. أثبتت الدراسة أنه يجب أن يكون لمسبب المرض معدل تغطية يعكس تمثيلًا كبيرًا في بيانات التسلسل، مع الحد الأدنى من ثلاث قراءات مخصصة بشكل صارم لتقليل الإيجابيات الكاذبة. علاوة على ذلك، تم تقييم الأهمية السريرية لمسببات الأمراض المحددة من خلال نهج متعدد الأبعاد، مع الأخذ في الاعتبار الفوعة الكامنة للمسبب، ووفرة التسلسلات الميكروبية، والتوافق مع العرض السريري للمريض وتصويره التشخيصي.
لمعالجة نتائج mNGS المتناقضة، خاصة في مجموعة غير العدوى (NIG)، تم تطبيق معايير تحكيم محددة مسبقًا من قبل لجنة مستقلة. يمكن تصنيف نتيجة mNGS الإيجابية على أنها إيجابية كاذبة محتملة إذا كان هناك نقص في الأدلة السريرية أو الشعاعية للعدوى، أو غياب النتائج الميكروبيولوجية المؤكدة، أو عدم وجود تحسن سريري بعد العلاج المستهدف. تؤكد هذه العملية الدقيقة للتحكيم على أهمية دمج نتائج mNGS مع بيانات المرضى الشاملة لتحديد الأهمية السريرية للكائنات الدقيقة المكتشفة. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تعديلات علاجية بناءً على الأهمية السريرية لمسببات الأمراض المحددة، مع توجيه قرارات العلاج وفقًا لأنماط الحساسية المحلية واستجابة المريض السريرية، مما يضمن إعطاء العلاجات المضادة للميكروبات أو الفيروسات المناسبة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم فعالية التشخيص لتسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) مقابل طرق الزراعة الميكروبية التقليدية في تحديد مسببات الأمراض في العدوى العظمية. تم إجراء تحليل استعادي على 135 مريضًا، تم تشخيص 101 منهم بالعدوى. أشارت النتائج إلى أن mNGS أظهر حساسية أعلى بشكل ملحوظ (94.06%) مقارنةً بأساليب الزراعة (47.52%)، بينما كانت الخصوصية مشابهة (85.29% لـ mNGS مقابل 76.47% للزراعة). من الجدير بالذكر أن mNGS اكتشف مسببات الأمراض التي فاتت الزراعة، خاصة في العدوى المعقدة، مما يبرز إمكاناته في تحسين دقة التشخيص وتوجيه العلاج بالمضادات الحيوية المستهدفة.
استكشفت الدراسة أيضًا العلاقة بين نتائج mNGS والنتائج السريرية، كاشفةً أن مؤشرات الدم المرتفعة مثل عدد كريات الدم البيضاء، ونسبة العدلات، وبروتين سي التفاعلي، والبروكالسيتونين كانت مرتبطة بشكل كبير بنتائج mNGS الإيجابية. يشير هذا إلى أن mNGS لا يعزز فقط اكتشاف مسببات الأمراض ولكنه يتماشى أيضًا مع المؤشرات السريرية لشدة العدوى. علاوة على ذلك، سهل mNGS التعديلات في العلاج بالمضادات الحيوية في الوقت المناسب، خاصة في حالات العدوى الفيروسية ومتعددة الميكروبات، مما أدى إلى تحسين نتائج المرضى. بشكل عام، تدعو النتائج إلى دمج mNGS في الممارسة السريرية لإدارة أكثر فعالية لعدوى العظام.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmed.2025.1699607
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41574363
Publication Date: 2026-01-07
Author(s): Jiheng Xiao et al.
Primary Topic: Orthopedic Infections and Treatments
Overview
The study investigates the diagnostic accuracy of Metagenomic Next Generation Sequencing (mNGS) in identifying pathogens in bone infections, comparing it to conventional microbial cultures. Conducted at Union Hospital, Tongji Medical College, the research included 135 adult patients suspected of having bone infections, with 101 classified as the infection group (IG). The findings revealed that mNGS exhibited significantly higher sensitivity (94.06%) compared to traditional cultures (47.52%, p = 0.000), while maintaining comparable specificity (85.29% vs. 76.47%, p = 0.549).
Additionally, the study explored clinical parameters such as leukocyte differentials, C-reactive protein (CRP), and length of hospital stay in relation to mNGS results. Although not statistically significant, mNGS-positive patients tended to have longer hospitalizations (p = 0.098), indicating potential associations with infection complexity. The results suggest that mNGS significantly enhances the diagnostic yield for bone infections, particularly in cases that are polymicrobial or culture-negative, and may facilitate timely and targeted antimicrobial therapy, ultimately improving patient outcomes and reducing healthcare burdens.
Introduction
Infections continue to be a significant cause of morbidity and mortality globally, exacerbated by the misuse of antimicrobial drugs, which has led to increased drug resistance among pathogenic microorganisms. This poses a substantial challenge for clinicians, particularly in orthopedic practice where postoperative wound infections and mixed infections in open injuries are prevalent. These infections disrupt healing and recovery, imposing considerable physical, mental, and economic burdens on patients. Traditional microbiological culture methods, while cost-effective and widely used, often suffer from limitations in sensitivity and speed, particularly in cases involving low-virulence bacteria or prior antibiotic exposure, leading to potential misdiagnoses.
To address these challenges, there is a pressing need for innovative diagnostic approaches. Metagenomic next-generation sequencing (mNGS) has emerged as a promising tool, allowing for the direct sequencing of clinical samples to identify a diverse array of pathogens without the need for cultivation. This method enhances the accuracy of pathogen identification and has shown potential in various clinical contexts. However, its application to clinical tissue samples from bone infections remains underexplored, particularly concerning its correlation with patient outcomes. The primary objective of this study is to assess the diagnostic performance of mNGS compared to conventional culture methods in patients with suspected bone infections, focusing on their sensitivity, specificity, and the potential impact of mNGS findings on clinical severity and patient prognosis.
Methods
In this section, the authors describe the methodology employed for metagenomic next-generation sequencing (mNGS) and the subsequent analysis of the data. The mNGS approach allows for the comprehensive identification of microbial communities within a given sample by sequencing all nucleic acids present. The authors detail the sample preparation, sequencing protocols, and bioinformatics tools utilized to process and analyze the sequencing data.
Key findings from the mNGS analysis are highlighted, emphasizing the ability to detect a wide range of microorganisms, including bacteria, viruses, and fungi, which may not be identifiable through traditional culture-based methods. The authors also discuss the significance of their findings in understanding microbial diversity and its implications for health and disease. Overall, the mNGS methodology provides a powerful tool for advancing microbiome research and diagnostics.
Results
The results section outlines the criteria for interpreting positive metagenomic next-generation sequencing (mNGS) results, focusing on various pathogenic microorganisms, including bacteria, fungi, viruses, and parasites. Key parameters from the sequencing platform, such as the number of specifically mapped reads and coverage rates, were utilized to ensure accurate identification of pathogens while minimizing confounding factors like nucleic acid contamination. The study established that a pathogen must have a coverage rate reflecting a significant representation in the sequencing data, with a minimum of three strictly mapped reads to reduce false positives. Furthermore, the clinical relevance of identified pathogens was assessed through a multifaceted approach, considering the pathogen’s inherent pathogenicity, abundance of microbial sequences, and alignment with the patient’s clinical presentation and diagnostic imaging.
To address discordant mNGS results, particularly in the Non-Infection Group (NIG), predefined adjudication criteria were applied by an independent panel. A positive mNGS result could be classified as a potential false positive if there was a lack of clinical or radiological evidence of infection, absence of corroborative microbiological findings, or no clinical improvement following targeted therapy. This rigorous adjudication process emphasizes the importance of integrating mNGS findings with comprehensive patient data to determine the clinical significance of detected microorganisms. Additionally, therapeutic adjustments were made based on the clinical relevance of identified pathogens, with treatment decisions guided by local susceptibility patterns and the patient’s clinical response, ensuring that appropriate antimicrobial or antiviral therapies were administered.
Discussion
In this study, the diagnostic efficacy of metagenomic next-generation sequencing (mNGS) was evaluated against traditional microbial culture methods in identifying pathogens in orthopedic infections. A retrospective analysis was conducted on 135 patients, with 101 diagnosed with infections. The results indicated that mNGS exhibited a significantly higher sensitivity (94.06%) compared to culture methods (47.52%), while specificity was comparable (85.29% for mNGS vs. 76.47% for culture). Notably, mNGS detected pathogens that were missed by culture, particularly in complex infections, highlighting its potential to improve diagnostic accuracy and guide targeted antibiotic therapy.
The study also explored the correlation between mNGS results and clinical outcomes, revealing that elevated serum biomarkers such as white blood cell count, neutrophil percentage, C-reactive protein, and procalcitonin were significantly associated with positive mNGS results. This suggests that mNGS not only enhances pathogen detection but also aligns with clinical indicators of infection severity. Furthermore, mNGS facilitated timely adjustments in antibiotic therapy, particularly in cases of viral and polymicrobial infections, leading to improved patient outcomes. Overall, the findings advocate for the integration of mNGS into clinical practice for more effective management of bone infections.