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NGS在病原微生物檢測(cè)中的應(yīng)用!
發(fā)布時(shí)間:2020-12-19編輯:
隨著測(cè)序技術(shù)的飛速發(fā)展,NGS已逐步應(yīng)用于感染性疾病的診斷、治療和監(jiān)測(cè),在病原微生物鑒定、分型、耐藥突變檢測(cè)及新型病原體鑒定方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。今天,咱們聊一聊NGS在病原微生物檢測(cè)中的應(yīng)用。


快速準(zhǔn)確的診斷可以對(duì)病情進(jìn)行監(jiān)控,提供有效治療,控制疾病的蔓延。目前常用的病原微生物分子檢測(cè)方法主要有:PCR技術(shù)(包括常規(guī)PCR以及qPCR),基因芯片技術(shù),NGS測(cè)序技術(shù)。還有一些其他技術(shù)如質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS)等。


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一、NGS在病原微生物檢測(cè)的中的應(yīng)用


1
感染性疾病病原體的鑒定


傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要有涂片鏡檢,生化反應(yīng)和免疫學(xué)檢測(cè)等等,但存在周期長(zhǎng)、過(guò)程復(fù)雜以及靈敏度低等特點(diǎn)。PCR技術(shù)的出現(xiàn)部分解決了上述的問(wèn)題,但是難以解決未知微生物檢測(cè)的難題。而NGS檢測(cè)無(wú)需對(duì)病原體進(jìn)行分離培養(yǎng),也不依賴(lài)于已知的核酸序列設(shè)計(jì)引物等,可直接對(duì)標(biāo)本進(jìn)行測(cè)序鑒別,大大縮減建庫(kù)時(shí)間,提高診斷效率,尤其在未知病原微生物檢測(cè)方面有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。  


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目前NGS在病原微生物鑒定方面主要有兩種形式:rRNA多樣性測(cè)序和全基因組測(cè)序,前者偏向細(xì)菌、真菌的鑒定以及菌群分析,后者獲取的信息更為全面,一般偏重病毒鑒定。


2
病原體耐藥及毒力特征檢測(cè)


在當(dāng)前的抗生素不規(guī)范使用以及宿主免疫等重重壓力下,病原體勢(shì)必在毒性以及耐藥方面有進(jìn)化。這種高毒性的以及高耐藥性的菌株往往是導(dǎo)致感染性疾病發(fā)病率、死亡率居高不下的重要原因。


臨床上耐藥性及毒性檢測(cè)方法主要是體外藥物敏感性試驗(yàn)、耐藥菌表型檢測(cè)等方法。這些方法操作繁瑣,且較費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。NGS技術(shù)通量高、快速,在一次測(cè)序反應(yīng)中即可獲得細(xì)菌整個(gè)基因組的耐藥、毒力等相關(guān)基因信息,有助于揭示病原體毒力及耐藥機(jī)制,對(duì)臨床治療及指導(dǎo)用藥均具有重要意義。


3
病原體分型及流行溯源


目前病原體分型方法主要有多位點(diǎn)序列分型、脈沖場(chǎng)凝膠電泳、多位點(diǎn)串聯(lián)重復(fù)序列分析技術(shù)等。這些技術(shù)可檢測(cè)病原體的型別,但分辨率較低,對(duì)于相似或變異度極高的病原體如病毒等則難以區(qū)別。而 NGS則彌補(bǔ)了此項(xiàng)缺陷,通過(guò)檢測(cè)病原體全基因組序列,獲得全部遺傳信息,被認(rèn)為是分辨率最高的病原體分型方法。


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近年來(lái)抗生素的不規(guī)范使用甚至濫用,使細(xì)菌耐藥情況日益突出,耐藥菌株在醫(yī)院內(nèi)的暴發(fā)時(shí)有發(fā)生。NGS技術(shù)在對(duì)耐藥菌等病原體進(jìn)行分型的基礎(chǔ)上,可以判斷同源性遠(yuǎn)近,分辨不同的進(jìn)化路線(xiàn),成為追蹤病原體不可或缺的重要手段。


4
腸道微生物菌群宏基因組測(cè)序分析


宏基因組學(xué)(Metagenomics):以微生物生態(tài)群落中所有微生物的基因組為研究對(duì)象,通過(guò)直接從環(huán)境樣本中提取全部微生物的DNA或者RNA構(gòu)建宏基因組文庫(kù),研究群落中物種組成和功能組成、同一個(gè)群體內(nèi)不同微生物的相互作用、微生物群落與宿主之間的相互作用,并進(jìn)行不同表型的樣品比較分析,來(lái)解釋生物學(xué)現(xiàn)象。


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近年來(lái)腸道微生物相關(guān)研究愈趨火熱,不少研究表明,腸道菌群與宿主共生共進(jìn)化,在營(yíng)養(yǎng)代謝等方面影響人體健康,腸道微生態(tài)失衡與人體諸多疾病存在密切關(guān)系。腸道微生物中關(guān)鍵功能菌更是有可能成為疾病診治的新型生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。2015年《科學(xué)》雜志還發(fā)文呼吁發(fā)起“聯(lián)合微生物組計(jì)劃”。而NGS測(cè)序有望憑借其數(shù)據(jù)通量高、成本低、速度快的特點(diǎn),成為研究腸道微生物和宏基因組學(xué)的有力工具。


二、NGS在應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)


雖然NGS在病原微生物的檢測(cè)中有著明顯的優(yōu)勢(shì),但是也依然面臨不少挑戰(zhàn):


1、參考數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性。微生物檢測(cè)鑒定的準(zhǔn)確性很大程度上取決于參考數(shù)據(jù)庫(kù)的范圍與完整性;


2、臨床標(biāo)本的復(fù)雜性。臨床標(biāo)本來(lái)源復(fù)雜多樣,可能存在病原體信息太少而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或病原體數(shù)據(jù)混雜在正常菌群中難以區(qū)分;


3、NGS測(cè)序技術(shù)的局限性。目前的分析質(zhì)量依賴(lài)于測(cè)序質(zhì)量、基因組組裝的質(zhì)量以及參考基因組序列的選擇和質(zhì)量;


4、質(zhì)量控制和標(biāo)準(zhǔn)化。參考基因組的選擇,分型方法如何選擇等,目前尚未建立不同標(biāo)本測(cè)序前處理和參數(shù)設(shè)置的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。


NGS技術(shù)被認(rèn)為是一種極具應(yīng)用前景的實(shí)驗(yàn)技術(shù),盡管依然路途艱辛,但隨著測(cè)序成本的降低以及測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步,相比較于其他的檢測(cè)方法,NGS在病原微生物檢測(cè)行業(yè)的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯,必將成為臨床診斷的有力工具。目前國(guó)內(nèi)的基因檢測(cè)市場(chǎng)空間巨大,臨床醫(yī)師也越來(lái)越認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)的價(jià)值,加上目前初始階段的從業(yè)者們?cè)趨⒖紨?shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建等方面的持續(xù)耕耘,病原微生物基因檢測(cè)市場(chǎng)有更廣闊的空間亟待發(fā)掘。

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