C. diff-Diagnose und -Nachweis: Warum Tests nicht eindeutig sind
Clostridioides difficile ist die häufigste Ursache für infektiösen Durchfall im Gesundheitswesen, und Daten aus dem Überwachungssystem des CDC-Programms für neu auftretende Infektionen aus dem Jahr 2011 schätzen, dass es fast eine halbe Million Infektionen und 29.000 Todesfälle innerhalb von 30 Tagen nach der Diagnose verursacht hat. Für die Diagnose einer Clostridioides-difficile-Infektion (CDI) steht eine Vielzahl von Tests zur Verfügung, die C.-difficile-spezifische Nukleinsäure, Enzyme und/oder Toxine in verschiedenen Kombinationen und Algorithmen nachweisen, was zu erheblicher Verwirrung hinsichtlich der klinischen Interpretation und der Unterscheidung zwischen Kolonisation und echter Infektion geführt hat.
Die Infectious Diseases Society of America (IDSA) hat kürzlich aktualisierte klinische Praxisrichtlinien zu CDI veröffentlicht, die auch Empfehlungen für Tests enthalten. In diesen Empfehlungen heißt es, dass die bevorzugte Population für CDI-Tests Patienten mit ungeklärten und neu auftretenden Durchfällen sind, die aus ≥3 ungeformten Stühlen innerhalb von 24 Stunden bestehen. Für Einrichtungen, in denen es keine vorab vereinbarten institutionellen Kriterien für die Stuhlvorlage von Patienten gibt, war die beste Methode, die anhand der positiven und negativen Vorhersagewerte ermittelt wurde, ein Stuhltoxintest als Teil eines 2- oder 3-stufigen Algorithmus und nicht ein Nukleinsäureamplifikationstest (NAAT) allein. Es werden 2 gängige Methoden genannt: 1) Verwendung von Glutamatdehydrogenase plus Toxin-Assays, die durch Nukleinsäure-Amplifikationstests (NAAT) vermittelt werden, oder 2) NAAT plus Toxin-Assay. Diese Empfehlung wird jedoch als „schwach“ mit einer „geringen Qualität der Nachweise“ eingestuft. Das Gremium weist darauf hin, dass die empfindlichste Diagnosemethode in der Tat ein NAAT allein oder ein mehrstufiger Algorithmus ist, der verwendet werden sollte, wenn es vorab vereinbarte institutionelle Kriterien für die Stuhlvorlage gibt.
Diese Empfehlungen spiegeln den anhaltenden Mangel an Konsens über optimale Strategien zur Diagnose von CDI wider. Die Empfehlungen variieren weiter, wenn man die Empfehlungen außerhalb der USA betrachtet: Europäische Richtlinien geben dem Toxinnachweis den Vorrang und legen weniger Wert auf NAAT oder mehrstufige Algorithmen.
Diagnosestrategien und Grenzen
Toxinnachweis und Kultur: Historisch gesehen ist der Goldstandard im Labor die Toxin-Kultur, bei der C. difficile aus dem Stuhl kultiviert und die Isolate auf ihre Fähigkeit zur Toxinbildung getestet werden; Stuhlfiltrate können auch direkt mit einem Zellzytotoxizitätstest (CCNA) als alternative Referenzmethode auf Toxin getestet werden. Diese Methoden dauern mehrere Tage und sind daher für Routinetests im Labor ungeeignet. Eine große britische Studie verglich die Toxin-Kultur mit Zytotoxizitätstests an mehr als 12 000 Proben und setzte die Ergebnisse mit klinischen Daten in Beziehung. Dabei stellte sich heraus, dass positive Ergebnisse von Zytotoxizitätstests mit einer erhöhten Sterblichkeit korrelierten, positive toxigene Kulturen mit negativen Toxizitätstests jedoch nicht, was bedeutet, dass der Toxinnachweis für die klinische Diagnose von CDI entscheidend ist. Der Toxinnachweis mittels qualitativer Enzymimmunoassays (EIAs) war bisher eine der wichtigsten Diagnosemethoden. Diese Assays weisen jedoch im Vergleich zur Toxigenkultur eine deutlich geringere Sensitivität (52-75 %) auf, obwohl sie im Vergleich zur Kultur eine höhere Spezifität (96-98 %) aufweisen. Es gibt eine Reihe kommerzieller Laboroptionen für CDI-Tests, die in aktuellen Übersichtsarbeiten gut beschrieben sind.
Glutamat-Dehydrogenase-Nachweis: Glutamat-Dehydrogenase (GDH)-Immunoassays und andere molekulare Tests wurden entwickelt, um die geringe Empfindlichkeit der Toxin-EIAs zu verbessern. GDH-Immunoassays weisen das hoch konservierte Stoffwechselenzym nach, das in allen C. difficile-Isolaten vorhanden ist. Dieses Antigen ist jedoch sowohl in toxigenen als auch in nicht toxigenen Stämmen von C. difficile vorhanden, so dass GDH-Tests nur ein Screening-Schritt in einem zwei- oder dreistufigen Algorithmus sein können, bevor ein spezifischerer Toxin-Test und/oder ein molekularer Test zum Nachweis von Toxin-Genen durchgeführt wird.
NAAT: Obwohl NAATs seit Anfang der 1990er Jahre in der Forschung eingesetzt werden, war die erste von der US Food and Drug Administration zugelassene Plattform erst 2009 verfügbar. Derzeit sind mindestens 12 kommerzielle Plattformen verfügbar, die Gentargets wie tcdA (Toxin-A-Gen), tcdB (Toxin-B-Gen) und 16S ribosomale RNA (rRNA) nachweisen. Die Assays sind empfindlicher als Toxin-EIAs und möglicherweise GDH-EIAs, aber weniger empfindlich als Toxin-Kulturen.
Algorithmusbasierte Mehrschritt-Tests und ultrasensitiver Toxinnachweis: Die Komplexität der CDI-Testwelt wird durch widersprüchliche Daten über den besten algorithmischen Ansatz für die Diagnose noch verkompliziert. In einer prospektiven Kohortenstudie an einem einzigen Zentrum verglichen Wissenschaftler die Notwendigkeit einer Behandlung und den natürlichen Verlauf von Patienten, die Toxin-EIA-positiv/PCR-positiv waren (131 Patienten), mit Toxin-EIA-negativen/PCR-positiven Patienten (162) und Toxin-EIA-negativen/PCR-negativen Patienten (1123). Sie fanden heraus, dass toxin-positive/PCR-positive Patienten mehr Durchfall und CDI-bedingte Komplikationen aufwiesen, während die toxin-negativen/PCR-positiven und toxin-negativen/PCR-negativen Patientengruppen ähnliche Raten an gastrointestinalen Komplikationen aufwiesen (7,6 % vs. 0 % vs. 0,3 %; p <0,001). Es gab 11 CDI-bedingte Todesfälle in der Toxin-positiven/PCR-positiven Gruppe, einen Todesfall in der Toxin-negativen/PCR-positiven Kohorte und keinen Todesfall in der Toxin-negativen/PCR-negativen Gruppe. Die Forscher kamen daher zu dem Schluss, dass Toxin-Tests allein für die CDI-Diagnose ausreichen und die Verwendung von NAAT-Tests allein zu Überdiagnosen und Überbehandlungen führen kann. Dennoch sind die NAAT-Tests und die Identifizierung asymptomatischer Keimträger für die Infektionskontrolle und Epidemiologie von Bedeutung.
Eine andere Forschergruppe berichtete jedoch, dass das Fehlen von Toxin im Stuhl nicht unbedingt eine Vorhersage über den Schweregrad der CDI trifft und daher NAAT-positive und EIA-negative Ergebnisse immer noch klinisch aussagekräftig sind. Die Forscher empfahlen, den NAAT als primäre Diagnosemethode für CDI zu verwenden, obwohl sie keinen bevorzugten diagnostischen Algorithmus vorschlugen. An dieser Studie nahmen 296 Patienten teil, von denen 143 auf der Grundlage mehrerer verschiedener Methoden als echte CDI eingestuft wurden. Es wurde kein Unterschied in der Toxin-EIA-Positivität zwischen Patienten mit leichter und schwerer Erkrankung festgestellt (49 % vs. 58 %, p = 0,31). Der Toxin-EIA-Nachweis ist jedoch durch eine relativ unempfindliche Nachweisgrenze begrenzt. Die besten analytischen Nachweisgrenzen für EIAs liegen zwischen 0,8-2,5 ng/ml, während für zellbasierte Zytotoxizitätstests in einigen Szenarien Toxinkonzentrationen von bis zu 30 pg/ml berechnet wurden. In neueren Studien wurde daher die Frage gestellt, ob ein ultrasensitiver Toxinnachweis eine Kolonisierung besser von einer echten Infektion unterscheiden kann, wobei die Hypothese aufgestellt wurde, dass eine Kolonisierung niedrigere Toxinkonzentrationen aufweisen würde.
Diese Hypothese wurde in einer kürzlich durchgeführten prospektiven Studie an einem einzigen Zentrum getestet, in der die Leistung eines ultrasensitiven Assays für den Nachweis und die Quantifizierung von C. difficile-Toxinen unter Verwendung der Einzelmolekül-Array-Technologie (Simoa) untersucht wurde, die einen analytischen Cutoff von etwa 1 pg/ml und einen klinischen Cutoff von etwa 20 pg/ml ermöglicht. Die Forscher verglichen die Toxinkonzentrationen bei NAAT-positiven CDI-Patienten (n=122), definiert als Patienten mit ≥3 ungeformten Stühlen in den 24 Stunden vor der Stuhlsammlung oder anhaltendem Durchfall in den klinischen Aufzeichnungen, mit asymptomatischen Trägern, die NAAT-positiv waren (n=44), aber in den 48 Stunden vor der Stuhlsammlung keinen Durchfall hatten. Die Wissenschaftler waren überrascht, dass die Toxin-A- und Toxin-B-Konzentration im Stuhl nicht in der Lage war, einen Patienten mit CDI von einem asymptomatischen Träger zu unterscheiden. Die mittleren Toxin-A-, Toxin-B- und Toxin-A+B-Konzentrationen sowie die NAAT-Zyklusschwellenwerte (Ct) waren in den beiden Gruppen sogar ähnlich. Die Häufigkeit von Toxin A+B-Konzentrationen ≥ 20pg/ml (klinischer Cutoff) war in den Gruppen CDI-NAAT+ (65 %) und Träger-NAAT+ (77 %) vergleichbar. Sie stellten jedoch fest, dass es bei der Definition der CDI- und Trägergruppen nicht nur nach der NAAT-Positivität, sondern auch nach der Toxin-Positivität (Toxin A + B ≥ 20 pg/ml) signifikante Unterschiede bei den medianen Toxinkonzentrationen (mediane Toxin-A-, -B- und A+B-Konzentrationen) und Ct-Werten gab. Dementsprechend wurde in der Studie zwar beobachtet, dass Patienten mit sehr niedrigen Toxinwerten immer noch signifikante Durchfälle haben können, die auf CDI hindeuten, und dass umgekehrt bei asymptomatischen Patienten signifikante Toxinmengen nachgewiesen werden können, aber oberhalb eines Grenzwertes für Toxin wurden bei asymptomatischen Patienten niedrigere Toxinkonzentrationen nachgewiesen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der ultrasensitive Toxinnachweis nicht der heilige Gral zu sein scheint, wenn es darum geht, CDI effektiver zu diagnostizieren und eine Erkrankung von einer Kolonisierung zu unterscheiden. Die überraschenden Ergebnisse dieser Studie werfen die zentrale Frage auf, warum Patienten mit hohen Toxinwerten im Stuhl asymptomatisch sein können und im Gegensatz dazu Patienten mit sehr niedrigen Toxinwerten symptomatisch sein können. Einige Experten stellen die Hypothese auf, dass Wirtsfaktoren, wie z. B. Antitoxin-Antikörper, erklären könnten, warum Patienten trotz des Vorhandenseins von C.-difficile-Toxinen in ihrem Stuhl asymptomatisch sein können. Möglicherweise wird für eine verbesserte CDI-Diagnose ein Test benötigt, der neben dem Erregernachweis auch solche Antikörper oder andere Biomarker des Wirtes nachweist. Während wir mit Spannung auf die weitere Erforschung der CDI-Diagnostik warten, bleiben wir in einem vertrauten Bereich der klinischen Medizin, in dem Tests zwar unterstützende, aber nicht endgültige Beweise für eine Diagnose liefern, und wir müssen uns ihrer inhärenten Grenzen bewusst sein.
Die obigen Ausführungen geben die Ansichten des Autors wieder und spiegeln nicht unbedingt die Meinung der American Society for Microbiology wider.