Investigating laboratory capacity and whole genome sequencing practices to inform standardised protocols for bacterial genomic surveillance in Africa.

세계 여러 지역에서 신생아의 발열은 즉각적이고 정밀한 조치가 필요한 의료 응급 상황입니다. 아기가 혈류를 통해 퍼질 수 있는 감염에 대한 심각한 반응인 패혈증이 발생하면, 질병을 일으키는 특정 박테리아의 유형이 최선의 치료법을 결정합니다. 특히 *클레브시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae)*로 알려진 특정 박테리아는 아프리카 전역에서 이러한 위험한 감염을 일으키는 주요 원인입니다. 이러한 감염이 확산되는 것을 막고 의사들이 올바른 약물을 사용할 수 있도록 하기 위해, 과학자들은 어떤 균주가 존재하는지, 그리고 그들이 어떻게 행동하는지를 정확히 알 필요가 있습니다. 수십 년 동안 이러한 세균을 식별하는 것은 접시에 배양하여 화학 물질에 어떻게 반응하는지 관찰하는 방식에 의존해 왔는데, 이 과정은 시간이 오래 걸리고 종종 세부 정보가 부족합니다. 오늘날, 전장 유전체 시퀀싱(whole genome sequencing)이라는 더 강력한 도구가 등장했습니다. 이 방법은 박테리아의 완전한 유전 코드를 읽어내어, 그 세균이 무엇인지뿐만 아니라 어떻게 항생제에 저항할 수 있는지, 그리고 어디에서 왔는지까지 보여주는 상세한 지도를 제공합니다. 이 기술을 사용하여 감염을 추적하는 것은 생명을 구할 수 있지만, 이는 오직 그 작업을 수행하는 실험실들이 이를 다룰 수 있는 역량을 갖추었을 때만 가능합니다.

한 연구팀은 이 기술의 현재 실태를 아프리카 대륙 전역에서 파악하기 위해 조사에 착수했습니다. 그들은 병원과 연구 센터들이 기존의 테스트 방식에서 이 고급 유전적 감시 체계로 전환하는 데 필요한 도구와 기술을 갖추고 있는지 알고 싶었습니다. 답을 찾기 위해, 그들은 25개 아프리카 국가의 광범위한 임상의 및 과학자 네트워크에 상세한 설문지를 보냈습니다. 목표는 박테리아를 식별하고 그들의 유전 물질을 분석하는 데 필요한 단계들에 초점을 맞추어, 실험실 역량의 현황을 그려내는 것이었습니다. 설문 조사는 52개 기관으로부터 응답을 수집하여, 오늘날 현장에서 실제로 어떤 일이 일어나고 있는지에 대한 명확한 그림을 제공했습니다.

결과는 역량과 필요성이 혼재된 모습을 보여주었습니다. 테스트 능력을 질문받은 기관들 중 61%는 혈액 배양(환자의 피를 뽑아 박테리아가 자라도록 유도하는 특수 용기에 담는 과정)을 수행한다고 보고했습니다. 박테리아가 자라면, 이들을 식별해야 합니다. 이러한 실험실 중 대부분인 71%는 여전히 박테리아의 종을 결정하기 위해 화학 반응을 사용하는 수동 시스템에 의료 의존하고 있습니다. 마찬가지로, 82%는 항생제가 박테리아의 성장을 억지는지를 확인하기 위해 항생제에 적셔진 작은 종이 디스크를 사용하는 전통적인 방법을 사용합니다. 이러한 방법들은 확립되어 있기는 하지만, 현대적인 유전적 접근 방식보다 느리고 세부 정보가 적습니다. 실험실의 물리적 장비는 일부 분야에서 놀라울 정도로 견고합니다. 거의 모든 응답자가 극저온에 도달할 수 있는 냉동고, 샘플을 회전시키는 원심 분리기, 그리고 유전 물질을 증폭하는 기계에 접근할 수 있다고 보고했습니다. 그러나 샘플을 부드럽게 흔들어 성장을 돕는 특정 유형의 인큐베이터는 더 드물게 나타나, 시설의 67%에서만 사용 가능했습니다.

연구진이 전장 유전체 시퀀싱을 수행할 수 있는 능력에 대해 질문했을 때, 결과는 응답자의 절반 이상인 54%가 자신의 내부 공간에서 전체 과정을 처리할 수 있다고 보여주었습니다. 이 워크플로우는 박테리아로부터 유전 물질을 추출하고, 이를 읽기 위해 준비하며, 시퀀싱 기계를 실행하는 과정을 포함합니다. 대부분의 실험실(88%)은 유전 물질을 정제하기 위해 컬럼에 의존하는 키트를 주로 사용하여 스스로 DNA를 추출합니다. 과정이 시퀀싱 기계가 생성하는 방대한 양의 데이터를 분석하는 것과 같은 후기 단계로 이동함에 따라, 외부 도움에 대한 의존도가 높아집니다. 이는 중요한 병목 현상을 강조합니다. 즉, 물리적인 시퀀싱은 일어나고 있지만, 결과를 해석하는 능력은 어려움을 겪고 있다는 점입니다. 바이오인포매틱스(생물정보학)에 대해 답변한 모든 응답자는 어려움에 직면해 있다고 보고했습니다. 그들은 복잡한 데이터를 처리할 수 있는 강력한 컴퓨터에 대한 접근성 부족과 디지털 파일을 저장할 공간의 부족을 이유로 꼽았습니다.

이 연구는 참여한 기관들이 신생아 패혈증에 대한 유전체 감시를 지원할 수 있는 탄탄한 역량 기반을 갖추고 있다고 결론짓습니다. 박테리아를 배양하고 심지어 유전체를 시퀀싱하는 능력은 조사된 실험실 중 절반 이상에서 존재합니다. 그러나 이 기술을 잠재력까지 최대한 활용하기 위한 경로는 아직 명확하지 않습니다. 연구진은 혈액 배양 프로그램을 강화하고, 필요한 재료를 위한 안정적인 공급망을 확보하며, 시퀀싱 역량을 확장하고, 데이터를 분석하고 공유하는 데 필요한 디지털 인프라를 구축하기 위해 여전히 상당한 투자가 필요하다는 것을 발견했습니다. 이러한 연구 결과는 다양한 실험실의 현실에 부합하는 표준화된 프로토콜을 만드는 데 도움을 줄 것이며, 유전적 감시의 약속이 궁극적으로 가장 취약한 환자들을 보호할 수 있도록 할 것입니다.