Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
ความไวและความจำเพาะในการใช้วิธีจับคู่ลำดับเบสดีเอ็นเอของแบคทีเรียกับฐานข้อมูลจีโนมแบบเรียลไทม์ด้วยวิธีนาโนพอร์ในการระบุยีนดื้อยาเมธิซิลินของเชื้อแบคทีเรียสแตปฟิโลคอคคัส ออเรียสและยีนดื้อยาเมธิซิลินของเชื้อแบคทีเรียสแตปฟิโลคอคคัส อีพิเดอร์มิดิส จากตัวอย่างเลือดทางคลินิกของผู้ป่วย
Year (A.D.)
2023
Document Type
Thesis
First Advisor
Voraphoj Nilaratanakul
Faculty/College
Faculty of Medicine (คณะแพทยศาสตร์)
Department (if any)
Department of Medicine (ภาควิชาอายุรศาสตร์ (คณะแพทยศาสตร์))
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Medicine
DOI
10.58837/CHULA.THE.2023.600
Abstract
Background: Nanopore sequencing enables rapid DNA/RNA analysis without amplification. Implementing this for point-of-care testing reduces time delays in traditional AST methods, potentially enhancing patient outcomes. We aim to evaluate the performance of Oxford Nanopore Technologies sequencing from positive blood culture for bacterial identification and antimicrobial susceptibility prediction in S. aureus and S. epidermidis by detecting the mecA gene. Methods: We conducted a cross-sectional descriptive study on individuals with positive blood cultures identifying S. aureus and S. epidermidis over a 12-month period from April 2023 to March 2024. Bacterial DNA was extracted from the blood culture specimens, and then sequenced in its native form using the Nanopore sequencer (PromethION) to identify the organisms and mecA genes, comparing the results to routine blood cultures and standard AST. Results: A total of 108 blood culture samples were initially collected. 80 samples qualified for DNA extraction and sequencing. Of these, 45 were identified as S. aureus (6 MRSA and 39 MSSA) and 35 as S. epidermidis (27 MRSE and 8 MSSE). Notably, 54 of the 80 samples (67.5%) contained less than 0.5 ng/μl of DNA. Sensitivity and specificity of mecA gene detection were 35.5% (95% CI: 18.6%–52.3%) and 83.7% (95% CI: 73.3%–94.0%), respectively, with an accuracy of 65.0% (95% CI: 54.5%–75.5%). Upon excluding samples with low DNA content (less than 0.5 ng/μl) accuracy improved to 73.1% (95% CI: 56.0%–90.1%). The specimen that showed a false-positive result will proceed to phenotypic confirmation using methicillin-infused mannitol-salt agar. After phenotypic confirmation, the sensitivity and specificity were improved to 90.9% (95% CI: 73.9%–100.0%) and 86.7% (95% CI: 69.5%–100.0%), respectively, with an accuracy of 88.5% (95% CI: 76.2%–100.0%). The median time for detecting the mecA gene was 198 minutes (IQR: 37.5–458.7) after the onset of sequencing. Conclusion: While nanopore sequencing exhibited potential in identifying the mecA gene linked to methicillin resistance, the observed sensitivity, specificity, and accuracy were relatively low. Challenges in DNA extraction and purification from Gram-positive bacteria tempered the sensitivity, specificity, and overall accuracy.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
ที่มาและปัญหาของงานวิจัย: นาโนพอร์เทคโนโลยีเป็นเทคโนโลยีที่ช่วยวิเคราะห์สารพันธุกรรมได้อย่างรวดเร็ว ความสามารถในการวิเคราะห์พันธุกรรมอย่างรวดเร็วนี้ จะเป็นประโยชน์เมื่อนำเทคโนโลยีชนิดนี้มาใช้เพื่อการวินิจฉัยเพื่อระบุเชื้อแบคทีเรียก่อโรคและยีนดื้อยาของแบคทีเรียในผู้ป่วย ซึ่งจะทำให้เพิ่มความรวดเร็วในรักษา การศึกษานี้เป็นการศึกษาเพื่อประเมินประสิทธิภาพของการใช้นาโนพอร์เทคโนโลยี ในการระบุยีนดื้อยาเมธิซิลิน จากตัวอย่างเลือดของผู้ป่วยที่มีการติดเชื้อแบคทีเรียสแตปฟิโลคอคคัส ออเรียส และ สแตปฟิโลคอคคัส อีพิเดอร์มิดิส ระเบียบวิธีการวิจัย: ศึกษาในผู้ป่วยที่เข้ารับรักษาตัวในหอผู้ป่วยในโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ ตั้งแต่เดือนเมษายน 2566 ถึงเดือนมีนาคม 2567 ที่มีผลเพาะเชื้อในเลือดรายงานการติดเชื้อแบคทีเรียสแตปฟิโลคอคคัส ออเรียส และ สแตปฟิโลคอคคัส อีพิเดอร์มิดิส โดยสกัดดีเอ็นเอของแบคทีเรียจากตัวอย่างเลือดจากการเพาะเชื้อของผู้ป่วย นำมาระบุชนิดของแบคทีเรียและตรวจจับยีนดื้อยาเมธิซิลินโดยใช้นาโนพอร์เทคโนโลยี วิเคราะห์ความไวและความแม่นยำของเครื่องมือ โดยเปรียบเทียบกับวิธีการระบุเชื้อแบคทีเรียและการทดสอบความไวต่อยาต้านจุลชีพแบบมาตรฐาน ผลการศึกษา: การศึกษาจากเลือด 80 ตัวอย่าง พบว่าเป็นเป็นเชื้อสแตปฟิโลคอคคัส ออเรียส 45 ตัวอย่าง และเชื้อสแตปฟิโลคอคคัส อีพิเดอร์มิดิส 35 ตัวอย่าง จากการสกัดดีเอ็นเอพบว่า ร้อยละ 67.5 จากตัวอย่างทั้งหมด มีปริมาณดีเอ็นเอน้อยกว่า 0.5 นาโนกรัมต่อไมโครลิตร ผลความไวและความจำเพาะของการตรวจจับยีนดื้อยาเมธิซิลินอยู่ที่ร้อยละ 35.5 (ช่วงความเชื่อมั่นร้อยละ 95 เท่ากับ ร้อยละ 18.6 ถึง ร้อยละ 52.3) และ ร้อยละ 83.7 (ช่วงความเชื่อมั่นร้อยละ 95 เท่ากับ ร้อยละ 73.3 ถึง ร้อยละ 94.0) ตามลำดับ โดยมีความแม่นยำคิดเป็นร้อยละ 65.0 (ช่วงความเชื่อมั่นร้อยละ 95 เท่ากับ ร้อยละ 54.5 ถึง ร้อยละ 75.5) หลังจากตัดตัวอย่างที่มีปริมาณดีเอ็นเอต่ำออก พบว่าความแม่นยำเพิ่มขึ้นเป็นร้อยละ 73.1 (ช่วงความเชื่อมั่นร้อยละ 95 เท่ากับ ร้อยละ 56.0 ถึง ร้อยละ 90.1) ระยะเวลาเฉลี่ยที่สามารถตรวจจับยีนดื้อยาเมธิซิลินคือ 198 นาที สรุป: นาโนพอร์เทคโนโลยีมีความสามารถในการใช้ระบุชนิดของแบคทีเรียและตรวจจับยีนดื้อยาเมธิซิลินโดยตรงจากตัวอย่างเลือดจากการเพาะเชื้อของผู้ป่วย อย่างไรก็ตามพบว่าค่าความไว ความจำเพาะ และความแม่นยำของเครื่องมือค่อนข้างต่ำ โดยมีปัจจัยที่ส่งผลต่อความแม่นยำคือปริมาณของดีเอ็นเอของแบคทีเรียที่สามารถสกัดได้จากตัวอย่างเลือด การพัฒนาขั้นตอนในการสกัดดีเอ็นเอของแบคทีเรียแกรมบวกจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพความสามารถในการวิเคราะห์ของนาโนพอร์เทคโนโลยี
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Mangkalamanee, Onjira, "Sensitivity and specificity of nanopore sequencing for detection of methicillin-resistant Staphylococcus aureus and methicillin-resistant Staphylococcus epidermidis in blood culture sample" (2023). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 11842.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/11842