Fast and Accurate Prediction of Antibiotic Susceptibility in Clinical Methicillin-Resistant <i>S. aureus</i> Isolates Using ATR-FTIR Spectroscopy: A Model Validation Study
Notice bibliographique
Résumé
Diagnosing antimicrobial resistance (AMR) remains critical for improving patient survival rates and treatment outcomes. Current antibiotic susceptibility tests (AST) suffer prolonged turnaround times, necessitating a minimum of 24 h for results. Attenuated total reflectance Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy emerges as a promising phenotypic testing method in bacteriology due to its rapid chemical characterization capability. Here, we present an innovative approach utilizing ATR-FTIR spectroscopy for rapid AMR assessment, distinguishing between methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and methicillin-susceptible S. aureus (MSSA). Our approach focuses on detecting early markers of effective antibiotic action and using these to predict resistance profiles. To identify the earliest time for detection, five MSSA and five MRSA strains were subjected to oxacillin exposure for up to 2 h. We observed discernible molecular changes arising in MSSA as early as 1 h after exposure to oxacillin, which were absent in MRSA strains. Bands at 1624 and 1515 cm –1 were identified as markers of positive drug response in MSSA using principal component analysis (PCA) and were associated with peptidoglycan precursor accumulation upon transpeptidation inhibition. To develop predictive models for determining resistance profiles, we implemented ML-based modeling of the spectral data, reflective of the oxacillin-induced chemical composition changes in MSSA and MRSA. Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) and support vector machines classification (SVM-C) algorithms produced the best results, achieving 100% consistency with minimum inhibitory concentration (MIC) classification. Our models were independently validated by blind testing with 35 clinical strains and demonstrated 100% agreement with resistance profiling determined by MIC. Our study underscores the potential of ATR-FTIR spectroscopy for rapid and accurate AMR assessment, with the capacity to revolutionize diagnostics in combating antibiotic resistance.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».