【抗生素耐药基因检测专题】之纳米孔“ARMA”分析工作流——实时检测抗生素抗性基因

据世界卫生组织报道：“抗微生物药物耐药性(AMR) 是一种全球性的公共卫生危机，将会严重危害现代医学的发展”。纳米孔读长已作为一项独立工具或作为混合测序方法的一部分，成功应用于抗微生物药物耐药性分析，以帮助处理复杂的重复区域。除此之外，我们还开发了能够实时进行微生物鉴定和抗微生物药物耐药性分析的“ARMA”分析工作流，能够突出显示表明给定抗生素耐药性的比对，且不需要全面深入的生物信息学专业知识，容许任何研究人员在其样本中对抗生素耐药性进行分析。

开发背景：

一、抗生素抗性随着抗生素使用的增加而增强

抗生素和其他抗微生物药物的有效性会随着微生物对其产生抗性而变得越来越低。这很大程度上要归因于过去几十年间对此类药物的过度使用（图 1）。抗微生物药物耐药性被视为全球患者面临的最大安全威胁之一。

某些细菌对特定类型的抗生素具有天然抗性，然而，由于新的突变和有机体之间基因转移而产生的获得性抗性才是更严峻的问题。

图1 肺炎链球菌对青霉素的耐药性及抗药性

二、种间基因转移传播抗生素抗性

基因水平转移被看作是造成细菌抗生素抗性的主要原因。一种细菌内负责耐抗一种或多种抗生素的基因可以通过多种机制转移到其他菌种。当另一种细菌得到该基因后，也获得了对这些抗生素的抗性（图 2）。有鉴于此，我们设法编写了可在云端实时运行的分析工作流。它可以实时处理从细菌样本生成的序列读长，并且会确定其中存在的任何抗生素抗性基因。

图2金黄色葡萄球菌对万古霉素的耐药性

“ARMA”分析工作流介绍

从细菌抗性基因数据库 CARD（http://arpcard.mcmaster.ca/）获得抗性基因序列和抗生素抗性本体（ARO）。ARO描述基因如何与抗生素药物有关。在纳米孔测序过程中，当文库中的链通过纳米孔时，数据可立即用于碱基识别。这使得可以对各序列读长进行实时分析。抗生素抗性工作流运行Oxford Nanopore Technologies的标准单链（1D）碱基识别，然后利用 lastal 将1D碱基识别与CARD数据库中的所有抗生素抗性基因进行比对。报告将突出哪些比对结果表明对特定抗生素具有抗性。由于抗性数据库中的许多序列是相互重复或密切关联的，可以预期同一特定簇的成员拥有相同或非常类似的序列读长比对结果（图 3）。

图3 抗生素耐药性分析报告

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我们的目标：

使任何人，在任何地点，

能对任何生物进行分析。

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