利用宏基因组测序技术快速检测人类体液样本中的病原体

 
  对于严重感染的患者，在临床干预和靶向使用抗生素时，病原体诊断是至关重要的。然而实际情况中，及时、准确的诊断仍然是一个巨大的挑战。 Gui Wei,Deng Xianding等所在团队开发了一种基于宏基因组测序技术，利用人类体液中游离 DNA，快速诊断病原体的方法。
  当前实验室所使用的病原体微生物检测方法主要有通过培养观察病毒、真菌或者细菌是否会繁殖和通过PCR 技术来识别是否存在外来病原体。然而一些病原微生物难以培养或者无法培养，PCR 只适用于临床医生已经确定了感染性质的情况。当诊断结果延迟或失败，患者住院及再入院时间、发病率和死亡率增加，并且不良副作用和病菌耐药性产生的风险提高。
  宏基因组测序技术对病原体检测具有无偏移、全覆盖、高效率等优势。该研究开发了一种基于 cfDNA 的 mNGS 测序，简单快速通用的病原体检测方法，可以检测不同类型的体液中的病原体，适用于 Illumina 和 Nanopore 两种平台。
  该研究从 160 名患者中采集了多种体液样本 182 份，包括脓肿、胸腔积液和脑脊液，比较传统微生物培养、PCR技术和宏基因组测序技术对病原微生物诊断结果。其中，127 个样本在传统微生物培养中呈阳性，9 个样本在培养中呈阴性但 PCR 呈阳性，以及 34 个阴性对照。随后在 Illumina 和 Nanopore 平台分别进行 mNGS 测序。


 研究结果显示来自同一患者的血浆和体液样本中，体液样本病原体 cfDNA 检测量比血浆高出 160 倍。不同体液样本类型中脑脊液mNGS检测准确率最高。
使用 mNGS 和PCR 对培养法检测阴性的 14 份样本进行检测，14 份样本中有8份mNGS 和PCR检测结果一致，5份仅mNGS检出，1 份仅 PCR 检出。PCR 检测的 PPA（阳性预测率） 为 64%，NPA（阴性预测率）为93%。而mNGS 分别为86% 和100%，检测性能优于PCR。
  比较Illumina与Nanopore检测性能，illumina的AUC值分别为0.876 和0.885，nanopore 分别为0.864 和 0.877，illumina 检测性能略优于 nanopore。对于不同类型病原的检测，Illumina 检测细菌的PPA(灵敏度)、NPA(特异性)为均高于Nanopore ；Illumina 测序检测真菌的PPA、NPA低于Nanopore 。比较检测周期，微生物培养法需要 24 h 到 4 周的时间，illumina mNGS 方法需要 23 h，而 nanopore mNGS 方法只需要 5-7 h 。
  通过从体液上清液中找到病原体特异性cfDNA，从而快速鉴定病原体，mNGS 成为临床未知感染诊断领域中颇具潜力的工具。