Nature 子刊封面 | 經濟快速，英科學家提出首個可在6小時準確識別下呼吸道病原體的新方案

近日，英國東安格利亞大學的Justin O"Grady博士和Earlham研究所的科學家成功開發了一種宏基因組學檢測的研究方法。該優化後的方案針對細菌性下呼吸道感染，可從臨床呼吸道樣本中去除高達99.99％的宿主核酸，並利用納米孔測序的實時檢測在6小時內準確識別病原體和抗生素抗性基因。《Nature Biotechnology》雜誌7月以封面文章的形式刊登了該項研究。

細菌性下呼吸道感染的威脅和宏基因組學挑戰

每年全世界約有300萬人死於肺炎等下呼吸道感染。目前，細菌性下呼吸道感染（LRIs）臨床診斷的金標準主要依賴採集患者樣本進行細菌培養，但其周期慢且敏感性差。在此期間，患者通常被給予廣譜抗生素治療。如果感染是由抗性病原體引起，治療不僅可能無效，還有可能引發副作用。過量使用廣譜抗生素也是驅動抗微生物藥物耐藥性發展的主要因素之一。

臨床宏基因組學測序研究是一種從單個樣本中獲得的多種生物的基因組分析。相對於細菌培養，宏基因組測序可以更快地鑒定細菌性下呼吸道感染病原體。在呼吸道樣本中存在大量人類遺傳物質（宿主DNA），需要使用特定方法去除，因此跟它打交道非常困難。該研究克服了一些迄今為止阻礙臨床宏基因組學廣泛應用的障礙，包括從患者提供的樣品中快速有效地去除人DNA的方法步驟，只留下病原體DNA用於測序。

實時納米孔宏基因組測序6小時內準確鑒定病原菌

Justin O"Grady博士團隊開發的是一種用於能夠細菌性下呼吸道感染研究的宏基因組學方法，該方法同時兼備了使用皂苷（saponin）進行有效宿主DNA移除和實時的納米孔測序檢測的特點。該方法首先對來自疑似下呼吸道感染患者的40個樣本進行了可行性研究。在對方法進行優化改進和優化後，對另外41個呼吸道樣本進行測試。

研究人員使用Oxford Nanopore的攜帶型MinION測序裝置來促進實時測序、數據生成和分析，並將樣品到結果的時間縮短至6小時。該測序裝置的便攜性意味著它可以更靠近患者使用，減少了將樣品送到中心實驗室所花費的時間。

與培養法相比，優化的方法對病原體檢測的敏感性為96.6％，特異性為41.7％，可以準確檢測抗生素抗性基因。在確認定量PCR和pathobiont特異性基因分析後，特異性和靈敏度增加至100％。這表明納米孔宏基因組學可以在細菌細菌性下呼吸道感染研究中快速準確地鑒定病原菌，並可能助力減少廣譜抗生素的使用。

圖. MARA 和 E. coli 在48小時測序之後。

結語

「臨床宏基因組學具有革命感染性疾病診斷的前景。我們的研究描述了首個快速、經濟且準確的臨床宏基因組測試，並容易能夠很快的常規應用在臨床場景中。「 Quadram研究所的課題領頭人、英國東安格利亞大學副教授 O』Grady博士表示。

該項目的另外一名負責人Richard Leggett博士說：「納米孔測序是一種在臨床診斷中極具吸引力的技術，這項工作僅僅是我們嘗試使用該技術的眾多場景之一。」

目前該實驗方案正在一項更大型的多站點臨床試驗中進行評估，以評價其在醫院獲得性肺炎的診斷研究方面的表現。

圖為文章一作Themoula Charalampous為MinION測序晶元上樣。

據悉，今年9月，來自全球使用納米孔測序的頂尖科學家們將在由Oxford Nanopore Technologies在中國主辦的首場納米孔測序大會NTT 2019上，分享更多的納米孔應用場景，我們整理了日前官方發布的本次會議相關信息，與大家分享：

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註：Oxford Nanopore的所有產品目前僅供研究使用。

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參考資料：

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

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