2026; 9(3): 43-55

DOI: 10.32114/CCI.2026.9.3.43.55
Published online: 2026-09-30 (first online 2026-09-11)

Culture-negative sepsis: diagnostic approach and emerging molecular tests.

Mohammed Alkhanafsa [1] , Soud Deek [1] , Jamil Wafi [1] .

[1] Department of Internal Medicine, Hamad Medical Corporation, Doha, Qatar

    Abstract:

Abstract [EN]   - Diabetic ketoacidosis (DKA) is usually precipitated by insulin deficiency, infection, or physiologic stress, but acute poisoning and drug exposure may precipitate, aggravate, or obscure DKA. Toxicologic conditions may also mimic or coexist with DKA. Culture-negative sepsis is a common and clinically difficult syndrome in which patients have sepsis or septic shock, but routine cultures do not recover a causative pathogen. Negative cultures should not be interpreted as proof that infection is absent, particularly after previous antimicrobial exposure, low-volume or delayed blood-culture collection, localized infection, or infection caused by fastidious, viral, fungal, mycobacterial, zoonotic, or intracellular organisms. At the same time, the culture-negative label can create diagnostic anchoring: noninfectious mimics such as pancreatitis, pulmonary embolism, adrenal crisis, malignancy-related inflammation, cytokine release syndrome, hemophagocytic lymphohistiocytosis, and drug reactions may present with fever, inflammatory markers, and organ dysfunction. This review offers a practical approach to culture-negative sepsis, emphasizing early resuscitation, optimized conventional microbiology, source-directed imaging and sampling, reassessment at 48-72 hours, antimicrobial stewardship, and selective use of molecular and host-response diagnostics. Rapid positive blood-culture panels, direct-from-blood targeted assays, microbial cell-free DNA metagenomic sequencing, and transcriptomic hostresponse tests may improve diagnostic yield or shorten time to actionable information. Their value depends on pretest probability, specimen quality, organism spectrum, resistance interpretation, turnaround time, cost, and integration with infectious diseases and antimicrobial stewardship teams. Molecular results should be treated as complementary evidence, not as substitutes for cultures, source control, or bedside clinical judgment.

Streszczenie [PL]   - Kwasica ketonowa cukrzycowa (DKA) jest zazwyczaj wywoływana przez niedobór insuliny, infekcję lub stres fizjologiczny, ale ostre zatrucie i ekspozycja na leki mogą wywołać, zaostrzyć lub ukryć DKA. Stany toksykologiczne mogą również imitować lub współistnieć z DKA. Sepsa z ujemnym wynikiem posiewu to częsty i klinicznie trudny zespół, w którym pacjenci cierpią na sepsę lub wstrząs septyczny, ale rutynowe posiewy nie wykrywają patogenu wywołującego chorobę. Ujemnych wyników posiewu nie należy interpretować jako dowodu na brak zakażenia, szczególnie po wcześniejszej ekspozycji na środki przeciwdrobnoustrojowe, pobraniu małej objętości krwi lub po opóźnionym pobraniu posiewu, miejscowym zakażeniu lub zakażeniu wywołanym przez drobnoustroje wybredne, wirusowe, grzybicze, mykobakteryjne, odzwierzęce lub wewnątrzkomórkowe. Jednocześnie ujemny wynik posiewu może stanowić punkt zaczepienia diagnostycznego: niezakaźne imitacje, takie jak zapalenie trzustki, zatorowość płucna, przełom nadnerczowy, stan zapalny związany z chorobą nowotworową, zespół uwalniania cytokin, limfohistiocytoza hemofagocytarna i reakcje na leki, mogą objawiać się gorączką, markerami stanu zapalnego i dysfunkcją narządów. Niniejszy przegląd przedstawia praktyczne podejście do sepsy z ujemnym wynikiem posiewu, kładąc nacisk na wczesną resuscytację, zoptymalizowaną konwencjonalną mikrobiologię, obrazowanie i pobieranie próbek w kierunku źródła, ponowną ocenę po 48–72 godzinach, zarządzanie antybiotykoterapią oraz selektywne wykorzystanie diagnostyki molekularnej i odpowiedzi gospodarza. Szybkie dodatnie panele posiewów krwi, ukierunkowane testy bezpośrednio z krwi, metagenomiczne sekwencjonowanie pozakomórkowego DNA drobnoustrojów oraz transkryptomowe testy odpowiedzi gospodarza mogą poprawić skuteczność diagnostyczną lub skrócić czas do uzyskania użytecznych informacji. Ich wartość zależy od prawdopodobieństwa przed badaniem, jakości próbki, spektrum drobnoustrojów, interpretacji oporności, czasu realizacji, kosztów oraz integracji z zespołami ds. chorób zakaźnych i nadzoru nad antybiotykoterapią. Wyniki badań molekularnych należy traktować jako dowód uzupełniający, a nie jako substytut posiewów, kontroli źródła lub oceny klinicznej przy łóżku pacjenta.

    Citation:

VANCOUVER FORMAT

Alkhanafsa M, Deek S, Wafi J. Culture-negative sepsis: diagnostic approach and emerging molecular tests. Crit Care Innov. 2026; 9(3): 43-55.
DOI: 10.32114/CCI.2026.9.3.43.55

    Download article (PDF file): click here

    Read article:

    Additional materials:

No files

    References:

[1]	Singer M, Deutschman CS, Seymour CW, Shankar-Hari M, Annane D, Bauer M, et al. The Third International Consensus Definitions for Sepsis and Septic Shock (Sepsis-3). JAMA. 2016; 315(8): 801-810. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[2]	Rudd KE, Johnson SC, Agesa KM, Shackelford KA, Tsoi D, Kievlan DR, et al. Global, regional, and national sepsis incidence and mortality, 1990-2017: analysis for the global burden of disease study. Lancet. 2020; 395(10219): 200- 211. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[3]	Prescott HC, Antonelli M, Alhazzani W, Møller MH, Alshamsi F, Azevedo LCP, et al. Surviving Sepsis Campaign: international guidelines for management of sepsis and septic shock 2026. Intensive Care Med. 2026; 52: 863-936. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[4]	Oanesa RD, Su TWH, Weissman A. Evidence for use of validated sepsis screening tools in the prehospital population: a scoping review. Prehosp Emerg Care. 2024; 28(3): 485-493. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[5]	Hunter CL, Silvestri S, Ralls G, Stone A, Walker A, Mangalat N, et al. Comparing quick Sequential Organ Failure Assessment scores to end-tidal carbon dioxide as mortality predictors in prehospital patients with suspected sepsis. West J Emerg Med. 2018; 19(3): 446-451. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[6]	Thorndike J, Kollef MH. Culture-negative sepsis. Curr Opin Crit Care. 2020; 26(5): 473-477. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[7]	Gupta S, Sakhuja A, Kumar G, McGrath E, Nanchal RS, Kashani KB. Culture-negative severe sepsis: nationwide trends and outcomes. Chest. 2016; 150(6): 1251-1259. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[8]	Phua J, Ngerng WJ, See KC, Tay CK, Kiong T, Lim HF, et al. Characteristics and outcomes of culture-negative versus culture-positive severe sepsis. Crit Care. 2013; 17(5): R202. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[9]	Kethireddy S, Bilgili B, Sees A, Kirchner HL, Ofoma UR, Light RB, et al. Culture-negative septic shock compared with culture-positive septic shock: a retrospective cohort study. Crit Care Med. 2018; 46(4): 506-512. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[10]	Li Y, Guo J, Yang H, Li H, Shen Y, Zhang D. Comparison of culture-negative and culture-positive sepsis or septic shock: a systematic review and meta-analysis. Crit Care. 2021; 25(1): 167. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[11]	Chang Y, Oh JH, Oh DK, Lee SY, Hyun DG, Park MH, et al. Culture-negative sepsis may be a different entity from culture-positive sepsis: a prospective nationwide multicenter cohort study. Crit Care. 2024; 28(1): 418. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[12]	Lamy B, Dargere S, Arendrup MC, Parienti JJ, Tattevin P. How to optimize the use of blood cultures for the diagnosis of bloodstream infections? A state-of-the-art review. Front Microbiol. 2016; 7: 697. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[13]	Ghatak T, Sajjad SA, Das A, et al. The diagnostic accuracy of serum procalcitonin for sepsis in adult emergency department patients: a systematic review and meta-analysis. Chest Crit Care. 2025; 3: 100179. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[14]	Balk R, Esper AM, Martin GS, et al. Validation of SeptiCyte RAPID to discriminate sepsis from non-infectious systemic inflammation. J Clin Med. 2024; 13(5): 1194. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[15]	Balk R, et al. Rapid and robust identification of sepsis using SeptiCyte RAPID in a heterogeneous patient population. J Clin Med. 2024; 13(20): 6044. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[16]	Rhoads DD, Pournaras S, Leber A, et al. Multicenter evaluation of the BIOFIRE Blood Culture Identification 2 Panel for detection of bacteria, yeasts, and antimicrobial resistance genes in positive blood culture samples. J Clin Microbiol. 2023; 61(6): e0189122 | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[17]	Kim KJ, et al. Rapid direct identification of microbial pathogens and antimicrobial resistance genes from positive blood cultures using the BioFire Blood Culture Identification 2 Panel. J Korean Med Sci. 2024; 39: e157. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[18]	Banerjee R, Teng CB, Cunningham SA, Ihde SM, Steckelberg JM, Moriarty JP, et al. Randomized trial of rapid multiplex polymerase chain reaction-based blood culture identification and susceptibility testing. Clin Infect Dis. 2015; 61(7): 1071-1080. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[19]	Samuel L. Direct-from-blood detection of pathogens: a review of technology and challenges. J Clin Microbiol. 2023; 61(7): e0023121. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[20]	Nguyen MH, Clancy CJ, Pasculle AW, Pappas PG, Alangaden G, Pankey GA, et al. Performance of the T2Bacteria Panel for diagnosing bloodstream infections: a diagnostic accuracy study. Ann Intern Med. 2019; 170(12): 845-852. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[21]	Clodi-Seitz T, Baumgartner S, Turner M, et al. Point-of-care method T2Bacteria Panel enables a more sensitive and rapid diagnosis of bacterial bloodstream infections and a shorter time until targeted therapy than blood culture. Microorganisms. 2024; 12(5): 967. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[22]	Brenner T, Decker SO, Vainshtein Y, Grumaz S, et al. Improved pathogen identification in sepsis or septic shock by clinical metagenomic sequencing. J Infect. 2025; 91(3): 106565. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[23]	Zhu Y, Miao H, Zhang J, Jiang Z, Chu X, Xu Y, et al. Role of plasma and blood-cell co-metagenomic sequencing in precise diagnosis and severity evaluation of sepsis: a prospective cohort study in sepsis patients. J Infect. 2025; 90(3): 106434. | Digital Object Identifier (DOI) | PubMed (NCBI) | Scholar Google |
[24]	Xu F, Chen C, Lu S, Xue M, Ding H, Song Y, et al. Impact of metagenomics next-generation sequencing on etiological diagnosis and early outcomes in sepsis. J Transl Med. 2025; 23(1): 394. | Digital Object Identifier (DOI) | Scholar Google |