mNGS,即Metagenomics Next Generation Sequencing,中文(wén)譯作“宏基因組二代測序”,是一種測定核酸分(fēn)子内部堿基序列的(de)技術(shù)。
當患者受到(dào)外源病原微生物(wù)感染時,其感染部位采集的(de)标本同時包含人(rén)源核酸和(hé)外源病原微生物(wù)核酸,利用(yòng)mNGS技術(shù)高(gāo)通量的(de)特性可(kě)一次并行(xíng)獲取标本中的(de)人(rén)源核酸序列信息和(hé)外源病原微生物(wù)核酸序列信息,将獲得的(de)序列與人(rén)類基因組序列庫和(hé)病原體微生物(wù)基因組序列庫進行(xíng)比對注釋,即可(kě)實現病原微生物(wù)的(de)鑒定。
mNGS技術(shù)的(de)核心是測定核酸分(fēn)子的(de)堿基序列,除不含核酸的(de)蛋白病毒-朊病毒外,寄生蟲、真菌、細菌、非典型病原體、DNA病毒及RNA病毒均可(kě)通過NGS技術(shù)檢測。
1. 避免使用(yòng)幹擾PCR反應的(de)耗材,如(rú)肝素抗凝管。
2. 采樣時确保能(néng)采集到(dào)病原微生物(wù)所在的(de)感染部位。
3. 采樣時避免環境微生物(wù)污染。
影響。标本量的(de)多少(shǎo)決定了标本中病原微生物(wù)的(de)含量。當标本量過少(shǎo)時,标本中病原微生物(wù)的(de)含量可(kě)能(néng)低于該技術(shù)的(de)檢測限,導緻該樣本中的(de)病原微生物(wù)不能(néng)被正常檢出。
理(lǐ)論上(shàng)DNA病原體和(hé)RNA病原體可(kě)同時檢測。檢測流程需要同時對樣本中的(de)DNA和(hé)RNA進行(xíng)提取,其中RNA經過額外處理(lǐ)後變成DNA,将全部DNA進行(xíng)二代測序文(wén)庫構建,即可(kě)以實現同時對DNA病原體和(hé)RNA病原體的(de)共檢測。
核酸提取時,不同的(de)前處理(lǐ)條件(jiàn)對不同病原體的(de)核酸提取效率影響不同,如(rú)真菌類病原體需通過物(wù)理(lǐ)或化學處理(lǐ)提高(gāo)細胞壁的(de)裂解,以增加檢出,但(dàn)這些操作可(kě)能(néng)導緻RNA降解,影響RNA病毒檢出。所以需要分(fēn)别進行(xíng)處理(lǐ)再合并文(wén)庫構建和(hé)上(shàng)機測序。
如(rú)果同時檢測DNA流程與RNA流程,總數據量應爲單一檢測流程的(de)兩倍,才能(néng)維持相(xiàng)同的(de)靈敏度。(例如(rú)單一流程爲20M數據量,那麽共檢DNA和(hé)RNA的(de)流程數據量爲40M)。如(rú)果總數據量不變,就會(huì)導緻靈敏度降低。
1. 樣本中提取的(de)交叉污染、PCR擴增引起的(de)氣溶膠污染,會(huì)導緻假陽性結果,故此在臨床應用(yòng)中需要有(yǒu)嚴格的(de)實驗分(fēn)區、實驗室管理(lǐ)及質量控制(zhì)措施;
2. 樣本采集/保存、運輸及處理(lǐ)不當、未按說明(míng)書(shū)操作均有(yǒu)可(kě)能(néng)導緻假陽性或假陰性結果。如(rú),采集樣本時未充分(fēn)消毒,可(kě)能(néng)導緻皮膚定植菌入樣本,導緻假陽性;組織樣本取樣偏離(lí)感染部位,可(kě)能(néng)導緻檢出假陰性。
3. 樣本中病原體濃度低于檢出限可(kě)能(néng)造成假陰性結果;
4. 數據量給定時,一份标本中人(rén)源背景核酸越多,微生物(wù)核酸的(de)占比越少(shǎo),此種情況下也(yě)可(kě)能(néng)導緻假陰性。
5. 樣本本身的(de)低質量序列、物(wù)種的(de)錯誤注釋、來自于人(rén)源序列/接頭序列/載體等污染。
采用(yòng)基因組水(shuǐ)平的(de)數據庫進行(xíng)鑒定,物(wù)種鑒定準确度更高(gāo),一定程度上(shàng)可(kě)降低假陽性和(hé)假陰性。
1. 細菌和(hé)病毒的(de)基因組較小(xiǎo),構成不太複雜,絕大(dà)多數是完整基因組水(shuǐ)平。
2. 真菌和(hé)寄生蟲基因組大(dà),構成複雜,組裝難度高(gāo),大(dà)部分(fēn)處于Scaffold或Conting水(shuǐ)平。
3. Scaffold或Conting雖不是完整基因組水(shuǐ)平,但(dàn)含有(yǒu)絕大(dà)多數基因組序列,隻有(yǒu)少(shǎo)數未知序列,可(kě)以進行(xíng)物(wù)種鑒定。
常規裂解液對細胞壁較厚的(de)胞内菌/真菌的(de)細胞壁裂解效率低,導緻核酸釋放(fàng)量較少(shǎo),從而影響胞内菌和(hé)真菌的(de)檢出。
目前,通過機械研磨、超聲破碎、酶裂解等方法均能(néng)提高(gāo)胞内菌/真菌細胞壁的(de)裂解效率,從而更多釋放(fàng)胞内菌及真菌的(de)核酸,大(dà)大(dà)提高(gāo)胞内菌(如(rú)結核分(fēn)枝杆菌、布魯氏菌、立克次氏體、衣原體等)及真菌檢出率。
全基因組測序(WholeGenome Sequencing, WGS):分(fēn)離(lí)單獨菌株,采用(yòng)WGS測序,進行(xíng)高(gāo)分(fēn)辨率分(fēn)子流行(xíng)病學,新病原體發現,毒力/耐藥基因應用(yòng);
靶向擴增測序(Targeted amplicon sequencing):不需培養,需要假設細菌或者真菌,鑒定細菌采用(yòng)16SRNA測序,鑒定真菌采用(yòng)真菌18SRNA測序;
紅基因組測序(metagenomic sequencing, mNGS):不需要培養,不需要假設,無偏性檢測細菌,真菌,病毒,寄生蟲等病原。
胞外菌寄居在宿主細胞外,胞外菌感染時病菌主要位于宿主細胞外的(de)血液、淋巴液、組織液等體液中。
大(dà)多數的(de)緻病菌都(dōu)是胞外菌,主要緻病機制(zhì)是外毒素、内毒素等毒性物(wù)質引起局部化膿性炎症。常見的(de)胞外菌主要有(yǒu)葡萄球菌、鏈球菌、奈瑟菌、淋球菌、厭氧芽孢梭菌和(hé)多種革蘭氏陰性杆菌。
胞内菌分(fēn)爲兼性胞内菌和(hé)專性胞内菌。
兼性胞内菌指在宿主體内主要寄居在細胞内生長繁殖,也(yě)可(kě)在體外無細胞的(de)适宜環境中生存和(hé)繁殖,如(rú)結核分(fēn)枝杆菌、麻風分(fēn)枝杆菌、傷寒沙門菌、嗜肺軍團菌、布魯氏菌、李斯特菌等。
專性胞内菌指在宿主内或宿主外都(dōu)隻能(néng)在活細胞内生長繁殖,如(rú)支原體、立克次體等。
結核分(fēn)枝杆菌符合群(Mycobacterium tuberculosis complex,MTC)主要包括:結核分(fēn)枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)、牛分(fēn)枝杆菌(Mycobacterium bovis)、非洲分(fēn)枝杆菌(Mycobacterium africanum)、卡内蒂分(fēn)枝杆菌(Mycobacterium canettii)、田鼠分(fēn)枝杆菌(Mycobacterium micro提、山羊分(fēn)枝杆菌(Mycobacterium caprae)等。
MTC屬于胞内感染菌,不易釋放(fàng)到(dào)細胞外。血漿樣本檢測的(de)是遊離(lí)核酸,其載量很低,而肺泡灌洗液、腦(nǎo)脊液等其他(tā)樣本,雖經破壁處理(lǐ),但(dàn)相(xiàng)對于其他(tā)細菌來說,其釋放(fàng)的(de)遊離(lí)核酸仍相(xiàng)對較少(shǎo),檢出序列數一般較低。此外,MTC的(de)種間基因組相(xiàng)似很高(gāo),因此種水(shuǐ)平的(de)嚴格比對序列數往往爲0。
結果判斷時建議查看結核分(fēn)枝杆菌複合群水(shuǐ)平檢出情況:
1) 結核分(fēn)枝杆菌複合群水(shuǐ)平序列數≥1條,有(yǒu)一定提示意義;
2) 複合群水(shuǐ)平序列數≥3條,有(yǒu)較強提示意義;
3) 以上(shàng)均需要結合臨床及其他(tā)檢測結果等做綜合判斷。