Nature 子刊封面 | 经济快速,英科学家提出首个可在6小时准确识别下呼吸道病原体的新方案
2019/07/18
英国东安格利亚大学的Justin O'Grady博士和Earlham研究所的科学家成功开发了一种宏基因组学检测的研究方法。


近日,英国东安格利亚大学的Justin O'Grady博士和Earlham研究所的科学家成功开发了一种宏基因组学检测的研究方法。该优化后的方案针对细菌性下呼吸道感染,可从临床呼吸道样本中去除高达99.99%的宿主核酸,并利用纳米孔测序的实时检测在6小时内准确识别病原体和抗生素抗性基因。《Nature Biotechnology》杂志7月以封面文章的形式刊登了该项研究。


细菌性下呼吸道感染的威胁和宏基因组学挑战

每年全世界约有300万人死于肺炎等下呼吸道感染。目前,细菌性下呼吸道感染(LRIs)临床诊断的金标准主要依赖采集患者样本进行细菌培养,但其周期慢且敏感性差。在此期间,患者通常被给予广谱抗生素治疗。如果感染是由抗性病原体引起,治疗不仅可能无效,还有可能引发副作用。过量使用广谱抗生素也是驱动抗微生物药物耐药性发展的主要因素之一。

临床宏基因组学测序研究是一种是从单个样本中获得的多种生物的基因组分析。相对于细菌培养,宏基因组测序可以更快地鉴定细菌性下呼吸道感染病原体。在呼吸道样本中存在大量人类遗传物质(宿主DNA),需要使用特定方法去除,因此跟它打交道非常困难。该研究克服了一些迄今为止阻碍临床宏基因组学广泛应用的障碍,包括从患者提供的样品中快速有效地去除人DNA的方法步骤,只留下病原体DNA用于测序。


实时的纳米孔宏基因组测序6小时内准确鉴定病原菌

Justin O'Grady博士团队开发的是一种用于能够细菌性下呼吸道感染研究的宏基因组学方法,该方法同时兼备了使用皂苷(saponin)进行有效宿主DNA移除和实时的纳米孔测序检测的特点。该方法首先对来自疑似下呼吸道感染患者的40个样本进行了可行性研究。在对方法进行优化改进和优化后,对另外41个呼吸道样本进行测试。

研究人员使用Oxford Nanopore的便携式MinION测序装置来促进实时测序、数据生成和分析,并将样品到结果的时间缩短至6小时。该测序装置的便携性意味着它可以更靠近患者使用,减少了将样品送到中心实验室所花费的时间。


与培养法相比,优化的方法对病原体检测的敏感性为96.6%,特异性为41.7%,可以准确检测抗生素抗性基因。在确认定量PCR和pathobiont特异性基因分析后,特异性和灵敏度增加至100%。这表明纳米孔宏基因组学可以在细菌细菌性下呼吸道感染研究中快速准确地鉴定病原菌,并可能助力减少广谱抗生素的使用。


图. MARA 和 E. coli 在48小时测序之后。

结语

“临床宏基因组学具有革命感染性疾病诊断的前景。我们的研究描述了首个快速、经济且准确的临床宏基因组测试,并容易能够很快的常规应用在临床场景中。“ Quadram研究所的课题领头人、东英吉利大学副教授 O’Grady博士表示。

该项目的另外一名负责人Richard Leggett博士说:“纳米孔测序是一种在临床诊断中极具吸引力的技术,这项工作仅仅是我们尝试使用该技术的众多场景之一。”

目前该实验方案正在一项更大型的多站点临床试验中进行评估,以评价其在医院获得性肺炎的诊断研究方面的表现。


图为文章一作Themoula Charalampous为MinION测序芯片上样。

据悉,今年9月,来自全球使用纳米孔测序的顶尖科学家们将在由Oxford Nanopore Technologies在中国主办的首场纳米孔测序大会NTT 2019上,分享更多的纳米孔应用场景,我们整理了日前官方发布的本次会议相关信息,与大家分享:

1. 会议报名:【邀请函】解锁测序新篇,NTT,中国十二时辰(超链到ONT微信软文)

2. 提交大会墙报:NTT大会海报召集令(超链到ONT微信软文)

3. 演讲嘉宾简介:Nanopore Tech Tour 2019都有哪些大咖荟聚(超链到ONT微信软文)

4. 北京场会议日程

5. 上海场会议日程

注:Oxford Nanopore的所有产品目前仅供研究使用。

参考文献:

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


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  • 2014/07/17
    研究人员从一个700年的男性骨架中分离出了布鲁氏菌,通过宏基因组学获得其全部基因组信息,这项研究成果于近期发表在mBio上。宏基因组学的魅力在于它提供了一种简单但高信息量、无假设且放之四海而皆准的方法,科学家希望利用它来发现更多新事物。
  • 2013/12/17
    宏基因组学技术是一种不需要进行微生物培养的微生物研究方法,可以直接对取自环境里的微生物样品进行分析和研究。这种方法至少解决了两个非常重要的问题。首先,该技术能够让我们对大自然里99%的微生物进行分析和研究。其次,可以对整个大环境里的微生物进行研究。
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