Nature Biotechnology 封面 | 6小时识别病原菌的纳米孔宏基因组学方案

近日，英国东安格利亚大学的Justin O'Grady博士和Earlham研究所的科学家成功开发了一种宏基因组学检测的研究方法。该优化后的研究方案针对细菌性下呼吸道感染，可从临床呼吸道样本中去除高达99.99％的宿主核酸，并利用纳米孔测序的实时检测在6小时内准确识别病原体和抗生素抗性基因。《Nature Biotechnology》杂志7月以封面文章的形式刊登了该项研究。

细菌性下呼吸道感染的威胁和宏基因组学挑战

每年全世界约有300万人死于肺炎等下呼吸道感染。目前，细菌性下呼吸道感染（LRIs）临床诊断的金标准主要依赖采集患者样本进行细菌培养，但其周期慢且敏感性差。在此期间，患者通常被给予广谱抗生素治疗。而过量使用广谱抗生素也是驱动抗微生物药物耐药性发展的主要因素之一。

临床宏基因组学测序研究是一种是从单个样本中获得的多种生物的基因组分析。相对于细菌培养，宏基因组测序可以更快地鉴定细菌性下呼吸道感染病原体。在呼吸道样本中存在大量人DNA，需要使用特定方法去除，因此跟它打交道非常困难。该研究克服了一些迄今为止阻碍临床宏基因组学广泛应用的障碍，包括从患者提供的样品中快速有效地去除人DNA的方法步骤，只留下病原体DNA用于测序。

图. 来源于Justin O'Grady博士原文文章。doi: 10.1038/s41587-019-0156-5

实时的纳米孔宏基因组测序6小时内准确鉴定病原菌

Justin O'Grady博士团队开发的是一种用于能够细菌性下呼吸道感染研究的宏基因组学方法，该方法同时兼备了使用皂苷（saponin）进行有效宿主DNA移除和实时的纳米孔测序检测的特点。该方法首先对来自疑似下呼吸道感染患者的40个样本进行了可行性研究。在对方法进行优化改进和优化后，对另外41个呼吸道样本进行测试。

研究人员使用便携式MinION测序装置来促进实时测序、数据生成和分析，并将样品到结果的时间缩短至6小时。该测序装置的便携性意味着它可以更靠近患者使用，减少了将样品送到中心实验室所花费的时间。

与培养法相比，优化的方法对病原体检测的敏感性为96.6％，特异性为41.7％，可以准确检测抗生素抗性基因。在确认定量PCR和pathobiont特异性基因分析后，特异性和灵敏度增加至100％。这表明纳米孔宏基因组学可以在细菌性下呼吸道感染研究中快速准确地鉴定病原菌，并可能助力减少广谱抗生素的使用。

图. MARA 和 E. coli 在48小时测序之后。

结语

“临床宏基因组学具有革命感染性疾病诊断的前景。我们的研究描述了首个快速、经济且准确的临床宏基因组测试，并容易能够很快的常规应用在临床场景中。“ Quadram研究所的课题领头人、东英吉利大学副教授 O’Grady博士表示。

该项目的另外一名负责人Richard Leggett博士说：“纳米孔测序是一种在临床诊断中极具吸引力的技术，这项工作仅仅是我们尝试使用该技术的众多场景之一。“

目前该实验方案正在一项更大型的多站点临床试验中进行评估，以评价其在医院获得性肺炎的诊断研究方面的表现。

图为文章一作Themoula Charalampous为MinION测序芯片上样。

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参考文献:

Charalampous etal., Nanopore metagenomics enables rapid clinical diagnosis of bacterial lower respiratory infection. Nature Biotechnology volume 37, pages783–792 (2019)

新闻链接: https://quadram.ac.uk/new-rapid-test-lower-respiratory-infections/（2019年7月14日访问）

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