NGS應用探究｜病原微生物

火炎森林 2022-04-18

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高通量測序（以下簡稱NGS）技術是繼Sanger測序后的一項革命性進步，能夠同時對幾十萬到幾百萬條DNA進行測序，可實現(xiàn)在較低成本下對多基因、全外顯子，甚至全基因組進行多種變異類型檢測，且所需樣本量和檢測周期不會增加^[1]。目前，NGS技術已廣泛應用于腫瘤基因診斷、遺傳病診斷和病原微生物診斷等領域。

由病原微生物引起的感染性疾病是全球死亡率和發(fā)病率最高的疾病之一。隨著新冠病毒的爆發(fā)，如何快速準確檢測病原微生物已成為傳染性疾病早期診斷、精準用藥和預后評估的首要問題。常規(guī)的院內檢測主要依賴于微生物培養(yǎng)、形態(tài)學鑒定、生理生化特征分析及血清法免疫應答。這些方法均存在檢測周期長、操作復雜、靈敏度及特異度受限等問題。而熒光定量PCR技術雖解決了上述問題，仍存在對未知病原微生物無法檢出、通量低等問題。

隨著測序成本的不斷降低，NGS技術因其通量高、整體周期短、可直接對未知病原微生物進行檢測，打破了傳統(tǒng)微生物檢驗的局限性，可更好的應用于以下場景^[2]：

· 病原微生物分類及快速鑒定

· 傳染病監(jiān)測

· 病原微生物耐藥性研究

NGS 在病原微生物中檢測主要采用兩種方案，即rRNA基因測序和宏基因組測序。rRNA 基因測序在臨床上常用于細菌（16s rRNA）、真菌（18s rRNA）的鑒定，同時也是菌群分析的基礎。而宏基因組與rRNA基因測序相比，可獲取的信息更加全面，更適合用于復雜臨床標本中的病原微生物鑒定^[3]。

NGS應用于病原微生物的兩種方案

rRNA基因測序

16S rRNA位于原核細胞核糖體小亞基上，包括 10 個保守區(qū)域和 9 個高變區(qū)域，對高變區(qū)核酸序列進行NGS測序, 可區(qū)分種或屬特性，被認為是適于細菌系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定的指標。16S擴增子測序通常是選擇某個或某幾個變異區(qū)域，利用保守區(qū)設計通用引物進行文庫擴增，然后對高變區(qū)進行測序分析和菌種鑒定，16S rDNA擴增子測序技術已成為研究樣品中微生物群落組成結構的重要手段^[4-6]。

16S rDNA基因區(qū)域

GENETRON S5相比于其他測序平臺，可實現(xiàn)單端600bp測序，無需overlap拼接，更適合于16S擴增子測序分析，為微生物多樣性研究提供更多選擇。

GENETRON S5 適用16s擴增子測序的芯片規(guī)格

宏基因組

宏基因組測序（mNGS）通過NGS技術直接從臨床樣本中獲取全部的核酸（DNA和RNA）序列，進一步與各個物種（病毒、細菌、真菌等）的基因組序列比對，從而得知樣本中所含微生物種類和比例的檢測技術。與16s等擴增子測序技術相比，mNGS可以獲得更多微生物群落功能方面的信息，測序結果不僅包含了群落的多樣性信息還包含了功能的信息，這為研究微生物群落中單個物種、物種與物種的相互作用以及物種與環(huán)境之間的相互作用提供了信息。目前，該技術已納入的病原體有8000多種，其中包括4000多種病毒、3000多種細菌、200多種真菌等，為罕見病原微生物感染提供快速、有效的診療手段^[7]。

宏基因組工作流程及面臨的挑戰(zhàn)

針對宏基因組和16S 擴增子技術在病原微生物檢測中應用的實例，小編將用 2 期文章帶領大家繼續(xù)深度探究～

參考文獻

[1] Erwin L. van D., et al. (2014). ' Ten years of next-generation sequencing technology' .Trends in Genetics. 30 (9) :418-426

[2] Ruud H. D., et al. (2017). ' Application of next generation sequencing in clinical microbiology and infection prevention ' .Journal of Biotechnology. 243:16-24

[3] Stefan A. Boers., et al. (2019). ' Understanding and overcoming the pitfalls and biases of next-generation sequencing (NGS) methods for use in the routine clinical microbiological diagnostic laboratory ' .Eur J Clin Microbiol Infect Dis .38 (6) :1059-1070

[4] Caporaso J. Gregory., et al. (2011) ' Global patterns of 16S rRNA diversity at a depth of millions of sequences per sample' .Proceedings of the National Academy of Sciences 108.Supplement 1 : 4516-4522.

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[6] Hess Matthias., et al. (2011). ' Metagenomic discovery of biomass-degrading genes and genomes from cow rumen'. Science 331: 463-467.

[7] Charles Y. Chiu ., et al. (2019). ' Clinical metagenomics '. Nat Rev Genet. 20(6):341-355

聲明：僅供專業(yè)人士參考

泛生子是中國領先的癌癥精準醫(yī)療公司，致力于提供多應用場景的一站式分子診斷解決方案，包括癌癥診斷與監(jiān)測、早期篩查以及藥物研發(fā)服務。泛生子服務中國400余家醫(yī)院、數(shù)十家藥企和科研機構，并建立了龐大的基因組數(shù)據(jù)庫。在診斷與監(jiān)測領域，泛生子提供全面的基因組檢測服務和產(chǎn)品，覆蓋中國前十大癌種中的八種，可開展組織檢測及液體活檢，并依托“一步法”等技術，在NGS、dPCR和qPCR等技術平臺開發(fā)了全面的IVD產(chǎn)品組合，現(xiàn)已有7款儀器和試劑盒獲中國國家藥品監(jiān)督管理局批準應用于臨床。在癌癥早篩前沿領域，泛生子自主研發(fā)了先進的可同時檢測突變和甲基化的Mutation Capsule技術，已在肝癌早篩領域啟動大規(guī)模前瞻性隊列研究，并獲批加入科技部主導的肝癌、肺癌和消化道癌等數(shù)個國家重點專項。在藥物研發(fā)服務領域，泛生子已與數(shù)十家國內外藥企達成戰(zhàn)略合作，滿足藥企在藥物早期研發(fā)及藥靶篩選、臨床試驗檢測及患者入組、伴隨診斷注冊開發(fā)（CDx）及商業(yè)化等方面的需求。

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