宏基因组技术在感染性疾病中的应用
2021-04-17郑光辉王亚东洪维礼张国军康熙雄
孙 波,郑光辉,高 阳,王亚东,洪维礼,吕 红,张国军,康熙雄
感染性疾病一直是全球的重大医疗负担,2019年WHO发布的全球十大健康威胁中,有6种与感染性疾病有关,其中包括流感、抗生素耐药、埃博拉或其他病毒、疫苗犹豫、登革热及艾滋病。尤其是2020年,随着新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)在世界范围内传播,使感染性疾病的诊断和治疗处在了更重要的位置[1]。目前对于感染性疾病的临床实验室诊断主要基于传统的诊断方法,如病原体的培养[2]、核酸扩增检测、免疫检测[3]等。近年来,随着新技术如16S基因测序[4]、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry,MALDI-TOF MS)[5]的临床应用,大大提高了实验室应对感染性疾病的诊断能力。但由于技术所限,许多传统方法无法获得病原体信息(如50%神经系统感染无法获取病原体[6]),故需要精密度更高、应用更广泛的新技术来应对越来越复杂的感染性疾病。下一代测序(next generation sequencing,NGS)是一种可对成千上万到数十亿个DNA片段独立和同时进行高通量、大规模并行测序的方法[7]。近年来,NGS已经从研究工具转变为临床实验室诊断方法,并且在临床微生物实验室中的应用越来越广泛。这些应用包括全基因组测序(whole genome sequencing,WGS)、下一代靶向测序(target next generation sequencing,tNGS)和宏基因组测序(metagenomics next generation sequencing,mNGS)等;而以上各种应用由于其自身的侧重点不同而使得操作程序有所差异[8]。其测序方法可以在不需要PCR扩增的情况下,直接对原始DNA/RNA样品进行测序,对CG核苷酸没有偏好,可以直接检测和获取甲基化信息。对宏基因组的研究最早可追溯到20世纪80年代,研究人员在一篇土壤微生物的研究报道中首次提出宏基因组学(metagenomics)的概念[9]。……
