Xét nghiệm gen mới có thể phát hiện gần như mọi loại nhiễm trùng

Xét nghiệm metagenomic thế hệ mới, được phát triển tại Đại học California San Francisco (UCSF), đã chứng minh hiệu quả trong việc chẩn đoán nhanh hầu hết các loại mầm bệnh nhiễm trùng.

Một xét nghiệm gen được UCSF phát triển để phát hiện nhanh hầu như bất kỳ loại mầm bệnh – từ virus, vi khuẩn, nấm đến ký sinh trùng, đồng thời chứng minh tính hiệu quả sau một thập kỷ sử dụng. Xét nghiệm này có tiềm năng cải thiện đáng kể việc điều trị các bệnh nhiễm trùng thần kinh gây ra các bệnh như viêm màng não và viêm não, đồng thời rút ngắn thời gian phát hiện các mối đe dọa từ đại dịch virus mới.

Phương pháp này sử dụng kỹ thuật giải trình tự gen tiên tiến, gọi là metagenomic next-generation sequencing (mNGS). Thay vì tìm kiếm từng loại mầm bệnh riêng lẻ, mNGS phân tích toàn bộ vật liệu di truyền, bao gồm RNA và DNA, có trong mẫu bệnh phẩm.

Giáo sư Charles Chiu, MD, PhD, chuyên gia về y học xét nghiệm và bệnh truyền nhiễm tại UCSF, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu, chia sẻ: “Công nghệ của chúng tôi thực ra rất đơn giản… Bằng cách thay thế nhiều xét nghiệm riêng lẻ bằng một xét nghiệm duy nhất, chúng tôi loại bỏ sự phức tạp kéo dài trong việc chẩn đoán và điều trị nhiễm trùng.”

Ban đầu, các nhà nghiên cứu phát triển xét nghiệm mNGS để phân tích dịch não tủy (CSF), loại dịch trong suốt bao quanh não và tủy sống. Xét nghiệm này đã được áp dụng cho hàng ngàn bệnh nhân có triệu chứng thần kinh không rõ nguyên nhân tại UCSF và các bệnh viện khác trên nước Mỹ.

Trong một bài báo công bố ngày 12 tháng 11 trên tạp chí Nature Medicine, nhóm nghiên cứu cho thấy xét nghiệm mNGS đã xác định chính xác 86% các trường hợp nhiễm trùng thần kinh. Đồng thời, trong một nghiên cứu khác đăng trên Nature Communications cùng ngày, nhóm đã sử dụng mNGS để phát hiện mầm bệnh trong dịch hô hấp gây viêm phổi và tự động hóa quy trình để rút ngắn thời gian trả kết quả.

Họ dự đoán xét nghiệm tự động này sẽ có khả năng phát hiện các mầm bệnh virus mới có thể gây đại dịch đường hô hấp, tương tự Covid-19.

Bước đột phá trong chẩn đoán bệnh thần kinh nhiễm trùng hiếm gặp

Chẩn đoán bệnh thần kinh nhiễm trùng thường rất khó khăn, đặc biệt khi nguyên nhân là mầm bệnh hiếm hoặc chưa từng được biết đến. Mỗi ngày không có kết quả chẩn đoán đồng nghĩa với việc tình trạng của bệnh nhân tiếp tục xấu đi.

Đầu những năm 2010, Chiu cùng đồng nghiệp tại UCSF là Tiến sĩ Joe DeRisi và bác sĩ y khoa Michael Wilson đã phát triển phương pháp giải trình tự metagenomic để kiểm tra dịch não tủy và phát hiện các mầm bệnh có khả năng gây nhiễm trùng thần kinh. Phương pháp này hoạt động bằng cách giải trình tự toàn bộ vật liệu di truyền trong dịch não tủy, sau đó sử dụng phân tích máy tính để loại bỏ các đoạn gen của con người và xác định các đoạn gen từ vi khuẩn, virus, nấm hoặc ký sinh trùng.

Năm 2014, công nghệ này đã giúp các bác sĩ tại Wisconsin điều trị cho một cậu bé nguy kịch trong phòng chăm sóc đặc biệt vì nhiễm trùng chưa rõ nguyên nhân. Dù hàng loạt xét nghiệm trước đó không tìm ra nguyên nhân, xét nghiệm của UCSF chỉ mất 48 giờ để xác định cậu bé mắc bệnh leptospirosis – có thể điều trị bằng penicillin. Sau khi được điều trị, cậu bé đã hồi phục hoàn toàn.

Kể từ đó, xét nghiệm mNGS trở thành quy trình thường quy tại UCSF, với nhiều bệnh viện và phòng khám trên toàn quốc gửi mẫu bệnh phẩm đến Phòng Thí nghiệm Vi Sinh Lâm sàng của UCSF để phân tích. Từ năm 2016 đến 2023, nhóm nghiên cứu tại UCSF đã phân tích gần 5.000 mẫu dịch não tủy, trong đó 14,4% cho kết quả nhiễm trùng, và xét nghiệm xác định chính xác mầm bệnh trong 86% trường hợp.

Chiu khẳng định: “Xét nghiệm mNGS của chúng tôi vượt trội hơn bất kỳ loại xét nghiệm nào khác trong việc chẩn đoán nhiễm trùng thần kinh… Kết quả này ủng hộ việc sử dụng nó như một công cụ quan trọng trong chẩn đoán các bệnh nhiễm trùng.” Để tăng khả năng tiếp cận công nghệ, Chiu, DeRisi, Wilson và các đồng nghiệp đã thành lập Delve Bio, công ty hiện là nhà cung cấp độc quyền xét nghiệm mNGS dịch não tủy do UCSF phát triển.

Chuẩn bị cho đại dịch tiếp theo

Nếu muốn trở thành hệ thống cảnh báo sớm cho đại dịch, xét nghiệm mNGS cần nhanh hơn. Chiu và nhóm đã điều chỉnh xét nghiệm này để áp dụng trên dịch hô hấp và tìm cách tự động hóa nó.

Trong khi xét nghiệm dịch não tủy yêu cầu hơn 100 bước và mất từ 2 đến 7 ngày để hoàn thành, xét nghiệm dịch hô hấp chỉ cần 30 phút thao tác trước khi các robot và thuật toán đảm nhận phần còn lại. Chiu cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là hoàn thành toàn bộ quy trình trong vòng 12 đến 24 giờ, trả kết quả trong cùng ngày hoặc ngày hôm sau.”

Trong nghiên cứu trên Nature Communications, nhóm nghiên cứu chứng minh rằng xét nghiệm có thể phát hiện virus đường hô hấp có khả năng gây đại dịch, bao gồm SARS-CoV-2, cúm A và B, cũng như RSV trong vòng chưa đầy một ngày, ngay cả khi chỉ có một lượng nhỏ virus trong mẫu bệnh phẩm. Công nghệ này cũng được mô phỏng để phát hiện các virus đột biến – hoặc các chủng mới tiến hóa – với khả năng xác định tất cả các virus này nếu chúng xuất hiện trong tương lai.

Cả hai phiên bản xét nghiệm mNGS, dành cho dịch não tủy và dịch hô hấp, đều đã nhận được danh hiệu “thiết bị đột phá” từ Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA).

Nguồn tổng hợp