近日，英國東安格利亞大學(xué)的Justin O'Grady博士和Earlham研究所的科學(xué)家成功開(kāi)發(fā)了一種宏基因組學(xué)檢測的研究方法。該優(yōu)化后的方案針對細菌性下呼吸道感染，可從臨床呼吸道樣本中去除高達99.99％的宿主核酸，并利用納米孔測序的實(shí)時(shí)檢測在6小時(shí)內準確識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研究。
細菌性下呼吸道感染的威脅和宏基因組學(xué)挑戰
每年全世界約有300萬(wàn)人死于肺炎等下呼吸道感染。目前，細菌性下呼吸道感染（LRIs）臨床診斷的金標準主要依賴(lài)采集患者樣本進(jìn)行細菌培養，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(guò)量使用廣譜抗生素也是驅動(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。相對于細菌培養，宏基因組測序可以更快地鑒定細菌性下呼吸道感染病原體。在呼吸道樣本中存在大量人類(lèi)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用于測序。
實(shí)時(shí)的納米孔宏基因組測序6小時(shí)內準確鑒定病原菌
Justin O'Grady博士團隊開(kāi)發(fā)的是一種用于能夠細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)兼備了使用皂苷（saponin）進(jìn)行有效宿主DNA移除和實(shí)時(shí)的納米孔測序檢測的特點(diǎn)。該方法首先對來(lái)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。在對方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)和優(yōu)化后，對另外41個(gè)呼吸道樣本進(jìn)行測試。
研究人員使用Oxford Nanopore的便攜式MinION測序裝置來(lái)促進(jìn)實(shí)時(shí)測序、數據生成和分析，并將樣品到結果的時(shí)間縮短至6小時(shí)。該測序裝置的便攜性意味著(zhù)它可以更靠近患者使用，減少了將樣品送到中心實(shí)驗室所花費的時(shí)間。
與培養法相比，優(yōu)化的方法對病原體檢測的敏感性為96.6％，特異性為41.7％，可以準確檢測抗生素抗性基因。在確認定量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)可以在細菌細菌性下呼吸道感染研究中快速準確地鑒定病原菌，并可能助力減少廣譜抗生素的使用。
圖. MARA 和 E. coli 在48小時(shí)測序之后。
結語(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)濟且準確的臨床宏基因組測試，并容易能夠很快的常規應用在臨床場(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。
該項目的另外一名負責人Richard Leggett博士說(shuō)：“納米孔測序是一種在臨床診斷中極具吸引力的技術(shù)，這項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)驗方案正在一項更大型的多站點(diǎn)臨床試驗中進(jìn)行評估，以評價(jià)其在醫院獲得性肺炎的診斷研究方面的表現。
據悉，今年9月，來(lái)自全球使用納米孔測序的頂尖科學(xué)家們將在由Oxford Nanopore Technologies在中國主辦的首場(chǎng)納米孔測序大會(huì )NTT 2019上，分享更多的納米孔應用場(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 )議報名：【邀請函】解鎖測序新篇，NTT，中國十二時(shí)辰（超鏈到ONT微信軟文）
2. 提交大會(huì )墻報：NTT大會(huì )海報召集令（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:
Charalampous etal., Nanopore metagenomics enables rapid clinical diagnosis of bacterial lower respiratory infection. Nature Biotechnology volume 37, pages783–792 (2019)
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