近日，英國(guó)東安格利亞大學(xué)的Justin O'Grady博士和Earlham研究所的科學(xué)家成功開發(fā)了一種宏基因組學(xué)檢測(cè)的研究方法。該優(yōu)化后的方案針對(duì)細(xì)菌性下呼吸道感染，可從臨床呼吸道樣本中去除高達(dá)99.99％的宿主核酸，并利用納米孔測(cè)序的實(shí)時(shí)檢測(cè)在6小時(shí)內(nèi)準(zhǔn)確識(shí)別病原體和抗生素抗性基因?！禢ature Biotechnology》雜志7月以封面文章的形式刊登了該項(xiàng)研究。
細(xì)菌性下呼吸道感染的威脅和宏基因組學(xué)挑戰(zhàn)
每年全世界約有300萬(wàn)人死于肺炎等下呼吸道感染。目前，細(xì)菌性下呼吸道感染（LRIs）臨床診斷的金標(biāo)準(zhǔn)主要依賴采集患者樣本進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，但其周期慢且敏感性差。在此期間，患者通常被給予廣譜抗生素治療。如果感染是由抗性病原體引起，治療不僅可能無(wú)效，還有可能引發(fā)副作用。過量使用廣譜抗生素也是驅(qū)動(dòng)抗微生物藥物耐藥性發(fā)展的主要因素之一。
臨床宏基因組學(xué)測(cè)序研究是一種是從單個(gè)樣本中獲得的多種生物的基因組分析。相對(duì)于細(xì)菌培養(yǎng)，宏基因組測(cè)序可以更快地鑒定細(xì)菌性下呼吸道感染病原體。在呼吸道樣本中存在大量人類遺傳物質(zhì)（宿主DNA），需要使用特定方法去除，因此跟它打交道非常困難。該研究克服了一些迄今為止阻礙臨床宏基因組學(xué)廣泛應(yīng)用的障礙，包括從患者提供的樣品中快速有效地去除人DNA的方法步驟，只留下病原體DNA用于測(cè)序。
實(shí)時(shí)的納米孔宏基因組測(cè)序6小時(shí)內(nèi)準(zhǔn)確鑒定病原菌
Justin O'Grady博士團(tuán)隊(duì)開發(fā)的是一種用于能夠細(xì)菌性下呼吸道感染研究的宏基因組學(xué)方法，該方法同時(shí)兼?zhèn)淞耸褂迷碥眨╯aponin）進(jìn)行有效宿主DNA移除和實(shí)時(shí)的納米孔測(cè)序檢測(cè)的特點(diǎn)。該方法首先對(duì)來自疑似下呼吸道感染患者的40個(gè)樣本進(jìn)行了可行性研究。在對(duì)方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)和優(yōu)化后，對(duì)另外41個(gè)呼吸道樣本進(jìn)行測(cè)試。
研究人員使用Oxford Nanopore的便攜式MinION測(cè)序裝置來促進(jìn)實(shí)時(shí)測(cè)序、數(shù)據(jù)生成和分析，并將樣品到結(jié)果的時(shí)間縮短至6小時(shí)。該測(cè)序裝置的便攜性意味著它可以更靠近患者使用，減少了將樣品送到中心實(shí)驗(yàn)室所花費(fèi)的時(shí)間。
與培養(yǎng)法相比，優(yōu)化的方法對(duì)病原體檢測(cè)的敏感性為96.6％，特異性為41.7％，可以準(zhǔn)確檢測(cè)抗生素抗性基因。在確認(rèn)定量PCR和pathobiont特異性基因分析后，特異性和靈敏度增加至100％。這表明納米孔宏基因組學(xué)可以在細(xì)菌細(xì)菌性下呼吸道感染研究中快速準(zhǔn)確地鑒定病原菌，并可能助力減少?gòu)V譜抗生素的使用。
圖. MARA 和 E. coli 在48小時(shí)測(cè)序之后。
結(jié)語(yǔ)
“臨床宏基因組學(xué)具有革命感染性疾病診斷的前景。我們的研究描述了首個(gè)快速、經(jīng)濟(jì)且準(zhǔn)確的臨床宏基因組測(cè)試，并容易能夠很快的常規(guī)應(yīng)用在臨床場(chǎng)景中。“ Quadram研究所的課題領(lǐng)頭人、東英吉利大學(xué)副教授 O’Grady博士表示。
該項(xiàng)目的另外一名負(fù)責(zé)人Richard Leggett博士說：“納米孔測(cè)序是一種在臨床診斷中極具吸引力的技術(shù)，這項(xiàng)工作僅僅是我們嘗試使用該技術(shù)的眾多場(chǎng)景之一。”
目前該實(shí)驗(yàn)方案正在一項(xiàng)更大型的多站點(diǎn)臨床試驗(yàn)中進(jìn)行評(píng)估，以評(píng)價(jià)其在醫(yī)院獲得性肺炎的診斷研究方面的表現(xiàn)。
據(jù)悉，今年9月，來自全球使用納米孔測(cè)序的頂尖科學(xué)家們將在由Oxford Nanopore Technologies在中國(guó)主辦的首場(chǎng)納米孔測(cè)序大會(huì)NTT 2019上，分享更多的納米孔應(yīng)用場(chǎng)景，我們整理了日前官方發(fā)布的本次會(huì)議相關(guān)信息，與大家分享：
1. 會(huì)議報(bào)名：【邀請(qǐng)函】解鎖測(cè)序新篇，NTT，中國(guó)十二時(shí)辰（超鏈到ONT微信軟文）
2. 提交大會(huì)墻報(bào)：NTT大會(huì)海報(bào)召集令（超鏈到ONT微信軟文）
3. 演講嘉賓簡(jiǎn)介：Nanopore Tech Tour 2019都有哪些大咖薈聚（超鏈到ONT微信軟文）
4. 北京場(chǎng)會(huì)議日程
5. 上海場(chǎng)會(huì)議日程
注：Oxford Nanopore的所有產(chǎn)品目前僅供研究使用。
參考文獻(xiàn):
Charalampous etal., Nanopore metagenomics enables rapid clinical diagnosis of bacterial lower respiratory infection. Nature Biotechnology volume 37, pages783–792 (2019)
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