【抗生素耐药基因检测专题】之研究案例

2019年6月9日-14日，纳米孔早期用户香港大学张彤教授主办的EDAR5会议在香港举行。这届会议共有30位特邀报告，40个口头报告，190个墙报，来自30个国家的350位参会者。抗生素抗性首先是个医疗问题，但有重要的环境源起。Oxford Nanopore Technologies应用部门副总裁Dan Turner受邀参会，他在会上为大家带来了纳米孔应用于微生物抗生素耐药性(AMR)检测的实际应用案例研究演讲。

案例一：利用纳米孔高通量测序技术揭示污水处理体系可移动抗性基因组

张彤等人，2019 年 3 月，Microbiome

文章简介：

污水处理厂（WWTPs）是抗生素抗性基因水平转移的热点。尽管我们了解抗性基因（ARGs）在污水处理厂中的组成和分布，但ARGs的遗传背景及其宿主信息在很大程度上是未知的。本研究结合了纳米孔测序和短读长测序技术，全面揭示了三个污水处理厂中进水、活性污泥和出水中的ARGs的遗传背景，同时快速追踪了抗性基因的宿主。结果表明，在污水处理厂中检测到的大部分ARGs都是由质粒携带的。宿主示踪结果显示，许多多抗耐药菌株并不能被有效去除，当它们被排放到自然环境中，很可能会造成耐药基因的进一步传播。纳米孔测序和短读长测序平台对ARGs的定量结果的一致，进一步证明了纳米孔测序在研究耐药基因方面广泛的应用前景。

文章要点：

• 污水处理厂（WWTPs）是抗生素耐药基因发生水平转移的热点区域

  –      短读长组装难以精确解析含有高度重复区域遗传元件的结构组成

• 针对抗性基因组的长读长纳米孔宏基因组测序

  –      平均读长超过短读长组装后的contigs长度

  –      快速、深入表征ARG遗传背景和宿主追踪

原文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-019-0663-0

案例二：从国际空间站分离出的多重耐药肠杆菌（Enterobacter bugandensis）物种，以及与人类致病菌株的比较基因组分析

Singh 等人，2018 年 11 月，BMC Microbiology

文章简介：

对从国际空间站（ISS）分离出5种耐药肠杆菌菌株进行抗生素耐药性（AMR）表型特性，多重耐药性（MDR）基因谱、潜在毒力和致病性相关的基因进行分析，并与3个临床菌株进行比较。使用Nanopore和Illumina读数的杂合从头组装表征ISS菌株的全基因组序列。除了传统的微生物分类学方法，还进行了多位点序列分型（MLST）分析以对系统发育谱系进行分类。进行琼脂扩散盘测定以测试抗生素易感性。组装和搭建后的基因组草图使用子系统技术和RNAmmer服务器的快速注释进行注释，用于下游分析。

文章要点：

• 使用 SPAdes 和 Sspace 软件对五种 E.      Bugadensis 菌株的基因组进行混合从头组装
  

• 识别AMR基因，包括多重抗生素抗性（MAR）操纵子
  

• 分离株是人类致病菌的可能性为 79%（基于      PathogenFinder 算法）- 需要体内实验来确定在微重力环境下的致病性
  

• 与宇航员健康和安全的关系
  

原文链接：https://doi.org/10.1186/s12866-018-1325-2 

案例三：利用基于纳米孔的临床宏基因组学研究快速诊断下呼吸道感染

Charalampous 等人，2018 年 8 月，BioRxiv

文章简介：

2016年，导致死亡的主要传染源——下呼吸道感染（LRIs）导致全球300万人死亡。因此迫切需要快速微生物学诊断以提供及时、针对性强的抗生素疗法。研究LRIs的“金标准”是培养法，其敏感性差，耗时长，且不能指导早期抗生素治疗。宏基因组测序有可能取代培养法，提供快速，灵敏和全面的结果。我们采用基于皂苷的宿主DNA去除方法，结合纳米孔快速测序技术，开发了一套用于研究LRIs的宏基因组学方法。对40名患者的样本中完成第一次测试。再进一步对第41个样品进行实验之前，对其进行改进，以减少项目周转时间并提高灵敏度。改进后的方法与培养法的检测结果一致率为96.6%，能准确检测到抗性基因，检测周期为6小时。这项研究证明，纳米孔宏基因组学研究与高效去除人体 DNA 结合后，可以快速并准确地表征细菌性下呼吸道感染。

文章要点：

• 临床宏基因组学流程 - 去除宿主细胞核苷酸、MinION 测序、WIMP与ARMA 分析

• 快速周转：6 小时

• 检测灵敏度：96.6%

• 每个样本 $130（6个样本/测序芯片）

• INHALE临床试验基础：评估医院获得性肺炎和呼吸机相关性肺炎的诊断流程

原文链接：

https://doi.org/10.1101/387548  

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