Are Current Critical Concentrations for Mycobacterium tuberculosis Drug Susceptibility Testing in Egg-Based Media Adequate? Insights from Phenotypic and Genotypic Analyses

Tuberculose is een eeuwenoude vijand die nog steeds jaarlijks miljoenen levens eist, voornamelijk omdat de bacteriën die de ziekte veroorzaken kunnen leren de medicijnen te negeren die bedoeld zijn om hen te doden. Wanneer een patiënt besmet is, moeten artsen bepalen welke medicijnen zullen werken en welke zullen falen, een proces dat bekend staat als drugssusceptibiliteitstesten (gevoeligheidstesten voor geneesmiddelen). Decennialang was de meest betrouwbare manier om dit te doen het kweken van de bacteriën in een laboratorium en kijken hoe ze reageren op verschillende antibiotica. Deze traditionele methode is echter traag, duurt vaak weken voordat er een antwoord wordt gegeven, en vereist gespecialiseerde apparatuur en dure ingrediënten die niet altijd beschikbaar zijn op de plaatsen waar de ziekte het meest voorkomt. In de afgelopen jaren zijn wetenschappers overgestapt op snellere genetische tests die zoeken naar specifieke veranderingen in het DNA van de bacteriën, in de hoop resistentie te voorspellen zonder te wachten tot de bacteriën groeien. Toch zijn deze genetische tests niet perfect; ze kunnen subtiele vormen van resistentie missen of onschuldige genetische variaties als gevaarlijke bedreigingen markeren. De kernvraag waarmee onderzoekers worden geconfronteerd, is of de oudere, tragere methoden verbeterd kunnen worden om de gouden standaard te blijven, of dat ze simpelweg te gebrekkig zijn om te vertrouwen in de moderne strijd tegen tuberculose.

Een team van onderzoekers in Brazilië zette zich in om deze vraag te beantwoorden door een klassieke laboratoriumtechniek te heronderzoeken die gebruikmaakt van op ei gebaseerde media om de bacteriën te kweken. Dit medium, bekend als Ogawa-Kudoh, wordt al decennia gebruikt, met name in Japan, maar de bekwaamheid ervan om de resistentie tegen moderne medicijnen nauwkeurig te meten, was niet grondig getest tegen de nieuwste internationale standaarden. De wetenschappers verzamelden vijfent zestig verschillende stammen van de tuberculosebacterie, waarvan sommige bekend stonden als resistent tegen diverse medicijnen en andere als gevoelig. Vervolgens onderwierpen zij deze stammen aan een rigoureuze vergelijking, waarbij ze de stammen zij aan zij testten met de op ei gebaseerde methode, een zeer nauwkeurige vloeibare methode die wordt beschouwd als de huidige referentiestandaard, en verschillende genetische tests die scannen op bekende mutaties. Het doel was om te zien of de op ei gebaseerde benadering betrouwbaar onderscheid kon maken tussen bacteriën die werkelijk resistent waren en die nog steeds kwetsbaar waren, en om te bepalen of de genetische tests iets over het hoofd zagen dat de groeiende bacteriën zouden kunnen onthullen.

De resultaten van deze vergelijking waren opvallend duidelijk. Wanneer de onderzoekers de exacte hoeveelheid medicijn maten die nodig was om de groei van de bacteriën te stoppen, kwamen de op ei gebaseerde methode en de vloeibare referentiestandaard bijna perfect overeen. Van honderden metingen vertoonden slechts twee gevallen een verschil tussen de twee groeimethoden. Dit niveau van overeenstemming suggereert dat het op ei gebaseerde medium net zo goed in staat is als de complexere vloeibare systemen om resistentie tegen belangrijke medicijnen zoals rifampicine, isoniazide en verschillende nieuwere antibiotica te detecteren. Het team was erin geslaagd specifieke drempelwaarden, of afkappunten, voor elk medicijn binnen het ei-medium vast te stellen. Zo bepaalden zij dat een concentratie van twintig milligram per liter rifampicine het punt was waarop de bacteriën in het ei-medium begonnen resistentie te vertonen, een bevinding die nauw aansluit bij wat bekend is over het gedrag van de bacteriën in andere omgevingen.

De studie benadrukte echter ook een aanzienlijk gat tussen wat de bacteriën in het laboratorium lieten zien en wat de genetische tests voorspelden. Terwijl de twee groeimethoden met elkaar overeenkwamen, stemden ze vaak niet overeen met de genetische analyse. In verschillende gevallen slaagden de genetische tests er niet in resistentie te detecteren die duidelijk zichtbaar was wanneer de bacteriën in aanwezigheid van de medicijnen werden gekweekt. Dit gebeurde omdat de genetische tests zoeken naar specifieke, bekende veranderingen in het DNA, maar bacteriën soms resistentie kunnen ontwikkelen via andere, minder voorkomende mechanismen waar de tests niet voor scannen. Omgekeerd markeerden de genetische tests soms bacteriën als resistent terwijl ze eigenlijk gevoelig waren, vaak omdat ze onschuldige genetische variaties detecteerden die geen invloed hadden op het vermogen van de bacteriën om de medicijnen te overleven. Deze discrepantie was bijzonder merkbaar bij de reactie van de bacteriën op isoniazide en rifampicine, waarbij de genetische tests mutaties misten of onschuldige mutaties verkeerd interpreteerden, wat zou kunnen leiden tot fouten in behandelbeslissingen als er alleen op wordt vertrouwd.

De onderzoekers onderzochten ook hoe goed deze methoden werkten voor nieuwere medicijnen zoals pretomanide en bedaquiline. Voor pretomanide presteerde de op ei gebaseerde methode goed en scheidde het de resistente stammen duidelijk van de gevoelige stammen. De situatie was echter anders voor bedaquiline. In het op ei gebaseerde medium leken de bacteriën veel hogere concentraties van het medicijn te overleven dan in de vloeibare tests, waardoor het moeilijk was om een betrouwbaar afkappunt vast te stellen. De wetenschappers vermoeden dat dit komt doordat de eiwitten in het ei-medium interageren met het medicijn, waardoor het in die specifieke omgeving minder effectief is. Deze bevinding suggereert dat hoewel de op ei gebaseerde methode uitstekend is voor veel medicijnen, deze mogelijk niet geschikt is voor het testen van bedaquiline zonder verdere aanpassingen.

Uiteindelijk bevestigt de studie dat de oude op ei gebaseerde methode een krachtig en betrouwbaar hulpmiddel blijft voor het detecteren van medicijnresistentie bij tuberculose. Het biedt een praktisch alternatief voor laboratoria die mogelijk geen toegang hebben tot de meest dure vloeibare cultuursystemen, mits zij de nieuw vastgestelde drempelwaarden voor elk medicijn gebruiken. Het onderzoek onderstreept dat hoewel genetische tests snel en nuttig zijn, ze de noodzaak om de bacteriën daadwerkelijk te kweken en te observeren hoe ze op de behandeling reageren, nog niet kunnen vervangen. De genetische kaarten zijn incompleet, en de levende bacteriën onthullen vaak geheimen die het DNA alleen niet kan tonen. Door het op ei gebaseerde medium te valideren tegen moderne standaarden, hebben de onderzoekers een weg gebaand voor nauwkeurigere en toegankelijkere tests, waardoor wordt gewaarborgd dat patiënten de juiste behandeling krijgen, zelfs in omgevingen met beperkte middelen waar de ziekte het meest voorkomt.