武汉病毒检测离不开病原微生物的宏基因组检测技术

——当我们谈不明原因病毒时,我们能学到什么
 
20201721时,央视新闻报道称,病原检测的实验室通过各种方法检出一种新型冠状病毒,获得该病毒的全基因组序列,经核酸检测方法共检出新型冠状病毒阳性结果15例,从1例阳性病人样本中分离出该病毒,电镜下呈现典型的冠状病毒形态。
检测成功背后的方法离不开病原微生物的宏基因组检测技术(Metagenomic Next-generation sequencing, mNGS)——这项新兴技术也许可以成为解决临床感染相关问题的有力武器,也是科研临床转化的切入点。
 
一、宏基因组测序相关文献背景
病原微生物的宏基因组检测技术(mNGS)即是检测病原微生物体内包含的所有基因组序列。
2014年,临床研究顶级神刊新英格兰医学(NEJM)杂志主编以NGS,一个病例如何改变世界评价了一篇mNGS相关的文章[1]。该研究描述了患有联合免疫缺陷综合症和脑膜炎的男孩,在联合使用了5种抗菌药物仍然无法改善脑积水和癫痫状态,经过脑脊液宏基因组测序,检出圣地罗西钩端螺旋体序列,更改青霉素治疗后痊愈出院。

图片来源于参考文献[1]
上图ABC是在患者第三次住院的第13天。图D是在患者通过mNGS正确诊断后,经过青霉素G7天疗程后的第55天;箭头显示了基底神经节及周围的高信号;图E为第三次入院后2周进行的右额叶活检显示血管周围性病变。图F免疫组化显示T淋巴细胞;图G抗酸染色显示无分枝杆菌;图H染色显示无真菌和钩端螺旋体或其他螺旋体;图J电子显微镜检查显示存在炎症浸润,并且没有包涵体,病毒颗粒或其他微生物迹象。

上图A NGS进行全面病原体检测测定的临床实验室工作流程;图B将来自患者脑脊髓液(CSF)样本的总共475个序列读数映射到参考数据库中的最接近的钩端螺旋体基因组,即钩端螺旋体(Bettospiraborgpetersenii);图C在患者脑脊液中鉴定出的细菌和病毒序列的分布包括丙酸杆菌,网膜病毒和噬菌体,这些细菌和病毒序列通常被认为是非致病性体菌;图D 全长rpoB基因的系统发育分析显示了代表性的血清型,菌株和钩端螺旋体物种的序列,突出显示了在暴发性脑膜脑炎患者(暂时命名为L.santarosai菌株UW [威斯康星大学])中鉴定出的菌株。
2020年该团队再次在新英格兰发文,招募了因急性脑炎、脑膜炎及脊髓炎住院,但难以进一步明确诊断的病人,共204名儿童和成人,通过对疑难病人的脑脊液样本的mNGS分析,与真实临床世界的传统方案(包括脑脊液及其它样本的检测)的比较,认为针对CSFmNGS分析比传统的直接脑脊液分析更有可能明确潜在病原体,常规的病原学检查,仍然有27%神经系统感染病例被遗漏。在半数以上的病例中,mNGS诊断对于指导这些患者的治疗是不可或缺的,但检测结果还是要结合临床[2]
 

A显示了研究患者中已确诊的比例和类别。常规临床检查和脑脊液的宏基因组NGS检测后,对204例患者中的103例做出了诊断(50.5%)。在57例患者(27.9%)中,共发现58例感染(粉红色圆圈)。有13例(12.6%)是常规检测不出来的病原体感染。
 
二、宏基因组测序临床应用前景
作为医生,在临床工作中还要兼顾临床和科研。而mNGS技术则可以成为沟通临床和科研的桥梁。mNGS正在逐步成为临床应用和科学研究的热点。美国FDA2016年在其NGS感染性疾病诊断策略提到,mNGS可用于病原微生物鉴定,评价是否耐药,是否为毒力标志物[3]2017FDA授权二代测序技术(NGS)应用至肿瘤研究领域[4]。而在2019年刊登在中华急诊医学杂志上的《宏基因组诊断技术在急危重症感染应用的专家共识》[5],也证实了mNGS在中国临床学界的有效应用。难怪Science文章形象地称其将所有微生物进行“一网打尽”。可谓是临床诊治中的有力武器,科研过程中的星火灵感。

图片来源:Fields, Science. 2001, 291, 5507: 1221-1224
 
三、宏基因组测序助力医生科研
临床研究
mNGS技术在各大测序公司已开展,适用范围明确,操作流程简单,在呼吸科、重症医学科、神经内科、感染科、肿瘤科等科室均有广泛应用前景。上文提到的新英格兰顶级刊物也证明,文章有了新技术的加持,更容易发表在高分杂志上。如果能将目前的临床课题与mNGSNGS结合,一方面可以诊治临床疑难患者,另一方面可以获得更多感染相关的病原微生物基因组测序数据,进一步启发科研思路。
 
基础研究
宏基因组学研究助力国自然申请,2019年热词聚焦在“组学”“肠道菌群”“核酸”“生物信息”,对于医生来说,临床样本的搜集能够帮助科学研究,而宏基因组学研究的操作步骤简单,周期短,通过测序能得到海量的数据,再通过更新的数据库进行生物信息学的算法比对,为国自然的临床研究前期基础提供数据支持,提供进一步研究思路,增加中标率。
 
虽然任何技术都有其局限性,mNGS也仅仅是一种有发展前景的检测。临床诊断需要结合临床要有其他指征去下结论,最终鉴定新型的病原体,结合病原学研究、流行病学调查和临床表现进行专家研判。
 
但有了mNGS这一项武器,临床医生们就可以在最终时刻,大显神通,精确诊治疑难病例,发表顶级临床文章。而且国内已有测序公司打出了“一次检测,全面覆盖,让微生物检测更简单”的口号,一些大型公司也可以提供专业的病原测序平台。
 
参考:
[1] Wilson MR, Naccache SN, SamayoaE, Biagtan M, Bashir H, Yu G, Salamat SM, Somasekar S, Federman S, Miller S etal: Actionable diagnosis of neuroleptospirosis by next-generation sequencing. NEngl J Med 2014, 370(25):2408-2417.
[2] Wilson MR, Sample HA, Zorn KC,Arevalo S, Yu G, Neuhaus J, Federman S, Stryke D, Briggs B, Langelier C et al:Clinical Metagenomic Sequencing for Diagnosis of Meningitis and Encephalitis. NEngl J Med 2019, 380(24):2327-2340.
[3] https://www.fda.gov/media/98093/download
[4]https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-unveils-streamlined-path-authorization-tumor-profiling-tests-alongside-its-latest-product-action
[5] Miao, Q., Ma, Y., Wang, Q., Pan,J., Zhang, Y., Jin, W., et al. Microbiological Diagnostic Performance ofMetagenomic Next-generation Sequencing When Applied to Clinical Practice.Clinical Infectious Diseases. 2018, 67(suppl_2), S231–S240.
杂谈

Science文章后 一家药企股票暴增 市值上涨百亿元

2020-1-14 19:58:52

杂谈

中科院博导:读博士必须感到痛苦的五个原因

2020-1-14 22:13:20

声明 本网站部分文章源于互联网,出于传递更多信息和学习之目的转载,并不保证内容正确或赞同其观点。
如转载稿涉及失效、版权等问题,请立即联系管理员;我们会予以修改、删除相关文章,请留言反馈
Notice: When your legal rights are being violated, please send an email to: [email protected]
0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索