探微医学

听说二代测序也要被“卷”了?

 二维码
发表时间:2022-03-09 15:17

1.jpg



本期文献周报特约点评专家


0.png


随着基因测序技术兴起,感染性疾病诊断技术也从单一依靠涂片、培养等传统检测手段逐渐转向基于基因的分子生物学诊断。如第二代基因测序(又称为高通量测序或NGS),其高通量特点打破一次测序只能测定一条序列的限制,并且因为病原覆盖广和高准确性等优点,广泛应用于基因组测序和转录组测序,为临床病原体快速诊断提供直接证据,已成为复杂感染性疾病诊断不可或缺的工具。此外,第三代基因测序(又称单分子测序),主要以Nanopore(牛津纳米孔)平台为主,凭借长读长、实时分析等独特优势在市场中也开始崭露头角。但受测序错误率偏高的限制,主要用于科学研究。能否取长补短可能是未来技术发展的关键,更是应用于感染诊断领域需要评估的必要环节。


01. mNGS快速识别人类感染性体液中的病原体

题目:


2.png


发表杂志:2020年12月《Nat Med》

IF:53.441

作者单位:加州大学旧金山分校检验科

摘要:

方法:本文开发一种双重标签mNGS检测方法,可同时兼容Illumina和nanopore测序平台,收集了160例患者的182份体液样本,包括脓肿、关节腔积液、胸腔积液、脑脊液样本等,其中170份体液样本(常规微生物检测阳性或非感染)用于评估Illumina和nanopore测序平台的诊断性能;剩余12例样本为临床诊断为感染,但常规检测结果为阴性。


3.jpg

注:以综合参考标准,二代、三代测序平台诊断性能评估


结果:Illumina测序平台对细菌的检测敏感性和特异性分别为79.2%和90.6%,对真菌为90.6%和89.0%;而nanopore测序平台对细菌的检测敏感性和特异性分别为75.0%和81.4%,对真菌为90.9%和100%。而在12例传统检测阴性但最终确诊为感染的样本中,有7例(58%)为mNGS阳性。


4.jpg

注:mNGS和培养检测周期


02. 多款测序平台性能评估

题目:


5.png


发表杂志:2021年9月《Nat Biotechnol》

IF:54.902

作者单位:生物分子资源设施协会(ABRF)等

摘要:

对象:人类和细菌参考DNA样本。

方法:在多个实验室内,基于16款测序平台,对一个人类基因组家族、三个单独菌株和十种细菌的宏基因组混合物测序,数据分析包括各平台reads mapping能力,不同平台测序覆盖度、复杂区域测序错误率、不同突变类型检出影响因素等。


6.jpg

注:22例惠普尔病患者不同临床特征的相对频率


结果:短读长检测平台,HiSeq 4000和X10具有最高一致性和基因组覆盖度、BGI/MGISEQ具有最低测序错误率;长读长检测平台,PacBio CCS和nanopre的PromethION/MinION在高重复区域表现出最佳序列定位性能。


7.jpg

注:宏基因组数据分析:所有测序平台都能识别所有菌株,但是组成有差异


03. 宏基因组下一代测序技术(mNGS)鉴定肺活检组织中的病原体和癌症

题目:


8.png


发表杂志:2021年10月《EbioMedicine》

IF:8.143

作者单位:北京大学人民医院检验科

摘要:

背景:基因组不稳定(如拷贝数变异CNV)在各类肿瘤研究中被认为是重要的参考指标,因此理论上mNGS可同时检测肺活检组织中病原体和染色体不稳定性。

方法:本研究纳入133例疑似肺部感染或胸部影像学异常的肺活检组织标本,进行常规微生物检查,以及基于illumina和nanopore平台病原宏基因组检测,其中微生物序列用于病原体诊断,人源序列用于评估肿瘤风险。


9.jpg


10.jpg

注:以综合参考标准相比,mNGS的病原体诊断性能


结果:与综合参考标准相比,Illumina平台mNGS检测在病原体诊断中敏感性和特异性分别为77.6%和97.6%,而Nanopore测序敏感性为34.7%,特异性为98.7%;与病理结果相比,illumina平台mNGS对于恶性肿瘤临床诊断敏感性、特异性、准确率分别为83.7%、97.6%、92.9%。


11.jpg

注:与病理结果相比,mNGS的肿瘤诊断性能


关键词:肺活检组织;mNGS;肺部感染;肺部肿瘤;基因组不稳定性


04.纳米孔测序平台的临床诊断性能评估

题目:


12.png


发表杂志:2020年12月《J Clin Microbiol》

IF:5.943

作者单位:美国纽约州卫生部沃兹沃斯中心

摘要:

目的:采用nanopore测序平台对结核分枝杆菌分离株进行全基因组测序,用于评估其在物种鉴定、基因分型、耐药基因相关突变检测、系统发育分析中的可行性。

方法:nanopore测序结果与已验证的illumina Miseq测序结果、药敏实验表型进行前瞻性实时比对。

结果:对431个测序样本,当采用合适的质控和阈值时,MinION可以达到与illumina Miseq相当的基因型分型结果和耐药表型预测结果,且成本更具有竞争力。但由于较高原始序列错误率,nanopre平台在区分近源物种/亚种中具有较高失败率。



13.jpg

注:Illumina和nanopore平台性能对比


关键词:临床研究;MinION;结核分枝杆菌;nanopore;公共健康实验室;全基因组测序


05.RNA靶向的病原检测新方法

题目:


14.png


发表杂志:2021年10月《Adv Sci》

IF:16.8

作者单位:中国科学院病原微生物与免疫学重点实验室

摘要:

背景:以牛津纳米孔测序技术为代表的三代测序(nanopore)拥有快速制备文库及超长读长等优势,能有效提高临床样本中病原检测,而直接RNA测序技术也为临床样本中RNA病原无偏检测提供可能。


15.jpg

注:直接RNA测序进一步提高了覆盖度


(A)使用mtNGS和ONT直接RNA测序,在每种样本类型中测到的微生物序列的比例

(B)通过mtNGS和ONT直接RNA测序,计算每种样本(n=11)中微生物序列百分比(细菌分别使用16S、23S和MetaPhlAn标记;真菌使用18S;病毒使用参考基因组),然后进行log10转化



结果:与mNGS(基于二代测序技术的宏基因组)相比,mtNGS(基于二代测序技术的宏转录组)可提高微生物序列的比例,促进细菌病原鉴定,并能对真菌、病毒和抗生素抗性基因进行检测;mtTGS(基于三代测序技术的宏转录组)由于其长读长优势可进一步提高病原微生物鉴定,也加快诊断时间;利用ONT直接RNA测序和靶向测序的结果表明其具有重要病原检测潜力,但仍需进一步发展。

关注
探微医学
联系我们
技术支持:support@miamed.cn
市场营销:sale@miamed.cn