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全基因组测序在结核病中的临床应用

2016/04/24 来源:测序中国
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导读
在今年4月9-12日举行的欧洲临床微生物学和感染病大会(ECCMID)上,研究人员从多个方面探讨了全基因组测序(WGS)在临床感染疾病中的应用。


在今年4月9-12日举行的欧洲临床微生物学和感染病大会(ECCMID)上,研究人员从多个方面探讨了全基因组测序(WGS)在临床感染疾病中的应用。除了耐药性预测和对抗流感外,来自英国的两个研究人员还介绍了他们的研究,利用WGS进行结核病的诊断,耐药类型分析,甚至可能帮助从一般人群中消除结核分枝杆菌。

利用WGS进行结核病诊断和耐药类型分析

英国公共卫生局(PHE)副主任兼临床负责人GraceSmith展示了一项前瞻性研究的初步数据,这项研究比较了WGS和目前的常规检测在结核病诊断和药物敏感性分析方面的效果。

Smith表示,与其他发达国家相比,英国的结核病负担比较高:2014年有6,520个结核病病人,即每10万人中有12人患病,是美国结核病发病率的4倍,是西欧结核病发病率最高的国家之一。

PHE最近实施了一项新的结核病策略,从10个具体方面采取行动,WGS技术可以满足其中6个方面的标准。

PHE还启动了一项实时等效性研究,比较WGS与目前使用的检测技术,例如HainLife Sciences公司的基于PCR的检测、抗酸性染色法(Ziehl-Neelsen staining)和结核菌素皮肤试验。

到目前为之,在超过11个月的时间里,实验室已经平行且实时地使用WGS和常规诊断方法,分析了从1,700个病人体内提取的分离株,其中600个人感染了结核菌群(TBcomplex)。Smith并没有透漏她们使用的是哪种测序平台,但指出其中3.6%的病例WGS分析没有得到结果。Smith说,“我们对结果的确定非常谨慎,如果得到的信息并不明确,它就会被认为是失败的。”

总体而言,检测结果表现出良好的灵敏度和特异性,结核菌群和常见非结核分枝杆菌识别的一致性分别为99%和97.2%,这说明WGS不劣于目前使用的结核病诊断检测。

该研究小组正在分析评估不一致的结果、检测时间和成本效益,争取获得实验室标准组织的认证,最终目标是使WGS成为英国国家结核病参考服务的一部分。Smith说,如果她们取得成功,她相信其实验室会成为第一批广泛使用WGS检测的公共健康服务中的一个。

利用WGS消除结核病

牛津大学纳菲尔德医学院的临床医学研究生TimothyWalker做了一个更加狂妄的结核病报告,题目是“如何利用全基因组测序消除结核病?”

Walker因为他的工作获得了ECCMID青年研究奖(YoungInvestigator Awards),他提到,世界卫生组织已经设定了目标,在未来20年内消除结核病,也就是说将全球结核病减少到每10万人中少于10个人患病。

可以肯定的是这将是一场硬仗,我们会面对非常多的问题。例如,20亿人目前都存在潜伏性感染,疫苗有效性不足,无法预测哪个潜在患者会发病,诊断方法相对而言较为基础,疗程耗时长、有毒性并且昂贵。

Walker表示,Cepheid公司的GeneXpert结核检测已经在起作用,尤其是在一些发病率高的国家,但总体来说,结核病的预后仍然很差。理想的诊断方法应该能够鉴定分枝杆菌的种类,确定所有的药物敏感性,识别毒力预测因子,将感染菌与感染源联系起来。这种方法还必须快速、实用和便宜。WGS技术可以满足以上所有标准,但它的性能还需要进一步改善。

Walker回顾了他和同事们在12月份发表的一篇文章,他说,作为第一步,他们已经测序了每一种分枝杆菌,不久后将公开这些序列。

去年该研究小组在《The Lancet Infectious Diseases》上发表了一个算法,结合IlluminaMiSeq平台上进行的WGS,回顾性地诊断分枝杆菌感染并且预测药物敏感性。因为结核分枝杆菌(MTB)的基因组非常大,他们采用了候选基因的方法,首先检测了23个已知与耐药性相关的基因。Walker说,“我们不做任何假设,试图建立一个算法,能够识别已知突变和未知突变。”这需要将样本分成实验组和验证组,使用前者检测后者。

Walker说,该算法有效的原因之一是他们偶然发现,大多数表型上药物敏感的样本并没有研究中的基因突变,但是耐药表型通常有一个突变。他们对大约1500个新的病人样本进行检测,只有10%的样本检测到了一个从未发现的突变,使用他们的算法,耐药性预测的灵敏度达到92%,特异性达到98%。Walker说,“该检测比任何现有的检测技术的效果都要好。”

在12月份发表在《 TheLancet Respiratory Medicine》的文章中,研究人员将这种方法应用到一项初步研究中,结果显示这种方法在性能方面与标准的诊断方法类似,但是周期更短,而且更经济。

研究人员目前正在探索将WGS作为一种常规的临床诊断方法。Walker说,这看起来很有希望,但是还要克服一些主要障碍。首先,他们希望检测的是原始样本,而不是培养样本,这并不简单,他们正在与其他实验室合作寻找解决办法。

其次,希望检测能在便携式测序仪上进行。IlluminaMiSeq需要高精度的实验室环境。因此,研究人员已经开始尝试在Oxford Nanopore的MinIon测序仪上进行测序,判断它是否适用于即时诊断。

最后,研究人员最好能在本地分析数据。为此,威康信托遗传学研究中心Zamin Iqbal实验室的同事们最近开发出一种软件Mykrobe predictor,可以在台式电脑或笔记本电脑上分析微生物基因组,不需要云连接。

Walker指出,世界卫生组织终止全球结核病流行的新二十年战略中有一条是,到2025年有适合的下一代诊断方法,目前还有10年的时间,而我们正在朝着正确的方向前进。

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