Identification de pathogènes infectieux articulaires sur prothèse, à l’aide d’une approche métagénomique.
Identification of Prosthetic Joint Infection Pathogens Using a Shotgun Metagenomics Approach.

Thoendel MJ, Jeraldo PR, Greenwood-Quaintance KE, Yao JZ, Chia N, Hanssen AD, Abdel MP, Patel R. Clin Infect Dis. 2018 Oct 15;67(9):1333-1338. doi: 10.1093/cid/ciy303. PubMed PMID: 29648630; PubMed Central PMCID: PMC6186856. 

La métagénomique est un outil puissant pour identifier un large éventail d’agents pathogènes lors d’infections sur prothèses, y compris les agents pathogènes qui n’ont pas été retrouvés par culture, car difficilement ou non cultivables.

Une étude, portant sur 408 prélèvements générés à partir d'arthroplasties de la hanche et du genou réséquées a été menée à la Mayo Clinic. Selon les critères de l’IDSA, 213 prélèvements provenaient de sujets infectés (donc 195 de sujets non infectés) : les cultures soniquées avec ≥ 20 unités formant des colonies (UFC)/10 mL et >2 cultures avec le même organisme ont été considérées comme positives. Une étude par métagénomique a été réalisée sur tous les prélèvements qui ont été enrichis en ADN microbien à l’aide du kit MolYsis basic kit. Le génome entier a été amplifié et séquencé à l'aide du séquenceur Illumina HiSeq 2500. Un pipeline a été conçu pour analyser le contenu microbien des séquences restantes à l'aide du Livermore Metagenomics Analysis Toolkit et les outils MetaPhlAn2.

1. Dans le cas où les cultures étaient négatives et en absence d’infection (n=195), 7 prélèvements (3,6%) contenaient pourtant suffisamment de séquences et une couverture du génome de référence acceptable, pour indiquer la présence possible de bactéries : C. acnes (n=2), S. aureus (n=3), S. sanguinis (n=2).
    
2. Les auteurs ont également cherché à comparer les résultats de la culture avec ceux obtenus par métagénomique (n=213).

• Dans le cas où la culture était positive (n=115), les résultats étaient identiques dans 86,1% des cas, un pathogène supplémentaire était identifié seulement par culture dans 5,2% des cas, et identifié seulement par métagénomique dans 9,6% des cas.
• Dans le cas où la culture était négative (n=98), ces résultats étaient confirmés par la métagénomique dans 56% des cas, mais dans 43,9% des cas des microorganismes supplémentaires étaient détectés par métagénomique., correspondant à des pathogènes habituellement retrouvés responsables d’infections ou certains autres plus atypiques comme par exemple Mycoplasma salivarium ou Mycobacterium bovis.

Dans la partie discussion, les auteurs rapportent des résultats similaires mais qui peuvent cependant varier en fonction des méthodes d’extraction et d’analyses génomiques utilisées (ils citent l’exemple de P. aeruginosa qui peut être dégradé, lors de l’extraction, par une phase de pré-traitement par le réactif MolYsis). Ils soulignent particulièrement la contamination probable de certains réactifs avec de l’ADN, car certains contrôles négatifs apparaissent positifs en utilisant la méthode de métagénomique. Cela impacterait également le bruit de fond de la lecture, en particulier lorsqu'une forte couverture de quelques petits fragments (généralement <1 kb) est observée. Cela a été utile pour aider à déterminer les «vraies» lectures par rapport au bruit de fond en alignant les lectures à partir d'un échantillon par rapport à  des génomes de référence; si l'écart type était 10 fois plus grand que le taux de couverture moyen, il a été déterminé que l’organisme était un contaminant probable. Par ailleurs les génomes de référence inclus dans ces bases de données ne sont pas exhaustifs et certains microorganismes n’y figurent pas et ne peuvent donc pas être détectés en utilisant une approche métagénomique (ex : espèces bactériennes non ou partiellement séquencées).

Pour comparer ces méthodes, les auteurs rappellent également l’absence de « gold standard » pour caractériser une infection sur prothèse par rapport à une absence d’infection. 

La métagénomique serait donc probablement à utiliser dans les cas où aucun agent pathogène n’a pu être identifié par cultures, mais à la condition que les gènes ciblés aient déjà été séquencés et inclus dans les bases de données des génomes de référence.

Professeur Anne Gougeon - Responsable UF Bactériologie, Pôle Biologie, CHU Pontchaillou
et Institut NuMeCan-U1241 INSERM-INRA; Université de Rennes,