来宝网 2020/3/10点击1590次
mNGS | 宏基因组测序在病原检测中的机遇与挑战
近年来，造成人类感染的病原微生物日益复杂，种类增多，抗菌药物滥用致使细菌耐药，病原微生物已成为全球关注的焦点。据WHO统计，在中国，感染性疾病占所有疾病的50%以上，造血系统肿瘤患者、实体肿瘤患者和脓毒症（严重感染）患者病死率均高达50%以上。面对重症感染患者，能否快速确认感染病原体，成为后续对症治疗的关键，基于宏基因组新一代测序技术（metagenomics next-generation sequencing, mNGS）为解决这一问题提供了一个可能的突破方向。
一、mNGS简述
1.mNGS概述
宏基因组学（Metagenomics）概念最早是在1998年由威斯康辛大学植物病理学部门的Jo Handelsman等提出的，是源于将来自环境中基因集可以在某种程度上当成一个单个基因组研究分析的想法。后来伯克利分校的研究人员Kevin Chen和Lior Pachter将宏基因组定义为“应用现代基因组学的技术直接研究自然状态下的微生物的有机群落，而不需要在实验室中分离单一的菌株”的科学 。
2.mNGS检测的特点
随着基因测序技术的迅猛发展，基于二代测序的mNGS成为了临床的焦点。不依赖于传统的微生物培养，直接对临床样本中的核酸进行高通量测序，然后与数据库进行比对分析，根据比对到的序列信息来判断样本包含的病原微生物种类，能够快速、客观的检测临床样本中的较多病原微生物（包括病毒、细菌、真菌、寄生虫），且无需特异性扩增，尤其适用于急危重症和疑难感染的诊断。
3.mNGS检测病原的分类
在急危重症感染中，患者往往因为遗传性疾病、肿瘤、营养不良、器官移植、药物等因素导致免疫缺陷，除了遭受普通感染外，尤其容易受到机会性感染，即条件致病菌引起的感染。这类感染涉及的微生物种类复杂，很难根据经验提前预判，常规检测方法无法覆盖。相比之下，mNGS理论上可以报告所有已知基因组序列的病原体，目前已经纳入的病原体有18000多种，其中包括9694余种细菌、6760余种病毒、1551余种真菌和305种寄生虫。
mNGS的检测流程可以大致分为5个步骤：核酸提取、文库构建、上机测序、生信分析与报告解读。文库构建的目的在于给未知序列的核酸片段两端加上已知序列信息的接头以便于测序，单样本文库构建完成后需要经历PCR扩增、再将多个文库样本混合后进行测序。测序完成后，数据会自动进入搭建好的病原体自动分析流程，该流程包括去除人源宿主序列和低质量序列、以及微生物数据库比对注释等步骤。最后，解读专家根据自动化系统产生的初步结果，再结合部分临床指标、样本类型、病原体种类等因素进行综合分析解读。
传统的检测方法主要有涂片镜检，生化反应和免疫学检测等等，但存在周期长、过程复杂以及灵敏度低等特点。PCR技术的出现部分解决了上述的问题，但是难以解决未知微生物检测的难题。而NGS检测无需对病原体进行分离培养，也不依赖于已知的核酸序列设计引物等，可直接对标本进行测序鉴别，大大缩减建库时间，提高诊断效率，尤其在未知病原微生物检测方面有无与伦比的优势。
mNGS作为二代测序成本快速降低而兴起的一门全新领域，若用于体外诊断试剂的研发，有其不可替代的优势，但同时也存在很多挑战，本文初步总结如下：
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参考文献：
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【3】陶悦,傅启华,莫茜.病原宏基因组测序在新型冠状病毒检测中的应用与挑战[J] .中华检验医学杂志,2020,43( 00 ): E008-E008. DOI:10.3760/cma.j.issn.1009-9158.2020.0008
