三代宏基因组测序-经典案例-不朽情缘

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宏基因组测序（三代）

纳米孔宏基因组学可快速对细菌性下呼吸道感染进行临床诊断

Nanopore metagenomics enables rapid clinical diagnosis of bacterial lower respiratory infection

文章杂志：Nature Biotechnology
影响因子：31.864
文章单位：英国诺维奇东安格利亚大学
发表年份：2019.07
研究方法：三代宏基因组 Oxford Nanopore MinION

一、研究背景

目前，细菌性下呼吸道感染（LRIs）临床诊断还面临巨大挑战，已有研究表明临床宏基因组测序方法可以比传统微生物培养更快地鉴定细菌性 LRI 病原体，但该方法的有效使用需去除样品中存在的大量人类遗传物质（宿主DNA）。

研究方法及思路

取材

测序

分析

来自细菌性 LRI 患者呼吸
道痰液、ETA（气管插管
抽吸物）、BAL（肺泡灌
洗液）共41个样本。

Oxford Nanopore 的便携
式 MinION

1. 改为用qPCR对该临床检测方法的耗时、灵敏性与特异性进行评估。
2. 抗性基因分析。
3. 病原菌基因组组装。

三、研究结果

1. 本文开发的是一种用于能够细菌性下呼吸道感染研究的宏基因组学方法，该方法同时兼备了使用皂苷（saponin）进行有效宿主 DNA 去除。
2. 本文首先对来自疑似下呼吸道感染患者的40个样本进行了可行性研究，对方法进行优化改进后，对另外41个呼吸道样本进行测试。与常规微生物培养法相比，优化的方法对病原体检测的敏感性为96.6％，特异性为41.7％。在使用 qPCR 和病原菌特异性基因分析校正后，特异性和灵敏度增加至100％，并将从样品处理到分析结果整个过程的时间缩短至 6 h。
3. 将宏基因组数据进行抗性基因分析以及基于参考基因组的组装，可以直接从呼吸道样品产生整个病原体基因组，用于公共健康和感染控制应用。

四、研究结论

本文开发了一种基于皂苷去除宿主 DNA 来制备呼吸道样本的方法，并将其纳入纳米孔 MinION 宏基因组测序方案中，优化后该方法可在样品接收后 6 h 内在 LRI 中鉴定细菌病原体和抗生素抗性基因，测试灵敏度和特异性都为 100％。优化方法对于呼吸道样品中病原菌的 LoD（10³~10⁵ cfu/ml）符合实际临床阈值范围。