微生物到底是敵是友，宏基因組學帶你看清楚

儘管大腸桿菌是我們再熟悉不過的老朋友，但超過99%的環境微生物是無法在實驗室中培養的。過去，人們只能束手無策；如今，憑藉宏基因組學以及宏轉錄組學，人們能夠從這種微生物大雜燴中找出病原體。

6月7-11日舉辦的美國微生物學會2018（ASM Microbe 2018）年會上，研究人員紛紛介紹了最新的研究進展。他們表示，宏基因組學能夠發現培養方法錯過的微生物。同時，宏基因組測序能夠捕獲樣品中含有的抗生素抗性基因，而新興的宏轉錄組學讓人們開始了解RNA病毒，以及哪些基因真正被轉錄。

瑞士日內瓦大學醫院的副教授Jacques Schrenzel認為，微生物學正在迅速改變。不過，宏基因組學和宏轉錄組學也仍然存在挑戰，包括成本。

Schrenzel在演講時表示，宏基因組學可用來鑒定疑似感染。他回顧了2012年的一個病例，當時一名29歲的葡萄牙女性出現膿腫。儘管培養法和qPCR法檢測都顯示結果是陰性的，但他們懷疑感染源是布魯氏菌（Brucella）。

儘管當時已治癒，但患者在四年後複發，並且培養法和qPCR法再次顯示檢測結果為陰性。為了治療肝膿腫，研究人員切下了部分肝臟組織，並開展宏基因組測序。他們的確發現了布魯氏菌的序列，而對照不存在，表明布魯氏菌是感染源。

同樣地，美國梅奧診所的Morgan Ivy也利用宏基因組測序來發現人工關節感染背後的罪魁禍首。她和同事從168例失敗的全膝關節置換術中收集了滑液，一方面用於培養，另一方面開展宏基因組測序。

對於82例培養陽性的病例，宏基因組測序在73個病例中發現了相同的病原體。同時，它也從4例培養陰性的病例中發現了潛在的病原體。這些結果表明，宏基因組測序對鑒定病原體是很有用的，即使樣本無法培養。

美國約翰霍普金斯大學的Patricia Simner一直在利用短讀長測序和納米孔測序來檢測耐葯基因。她表示，目前大約需要兩三天才能完成藥物敏感性測試，但測序（尤其是納米孔測序）有望縮短這一時間軸。

她介紹了之前一個病例的情況。這名64歲的女性患者在肝移植後出現膿毒症，開始用萬古黴素和美羅培南治療。培養分析表明肺炎克雷伯菌呈陽性，並將樣本送去做藥物敏感性測試。不過，Simner表示，利用宏基因組學方法，他們能夠提前20小時預測細菌的表型，而無需開展其他檢測。

在進一步的耐藥性研究中，她和同事發現納米孔測序能夠在幾小時內發現細菌耐藥性。「納米孔測序可以說是實時的，」Simner說。不過，儘管他們已經開發了工具來預測和發現常見錯誤，但它還是很容易出錯。

此外，一些研究人員開始轉向宏轉錄組研究。悉尼大學的Eddie Holmes從澳大利亞的一系列動物身上採集樣本，對感染它們的病毒和細菌進行分類，具體包括魚類的流感，座頭鯨的呼吸道病毒以及環尾袋貂的兔熱病。

「RNA測序是檢測病原體的一種強大工具，」他說。不過，他認為這並不便宜，而且生物信息學分析可能也存在挑戰。不過，他現在開始利用它來研究人類疾病，特別是蜱傳播疾病。

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