解读|宏基因组测序mNGS基因检测原理

　　前言
　　近年来，造成人类感染的病原微生物日益复杂，种类增多，抗菌药物滥用致使细菌耐药，病原微生物已成为全球关注的焦点。
　　据WHO统计，在全球，感染性疾病导致患者死亡占全部死因的25%以上，每年1300万儿童死于感染性疾病。在中国，感染性疾病占所有疾病的50%以上，造血系统肿瘤患者75%死于感染，实体肿瘤患者50%死于感染，脓毒症（严重感染）患者病死率高达50%。重症感染起病急、进展快、病原体复杂，短时间内能否明确致病病原微生物至关重要。

　　
　　来自Wilson, N Engl J Med 2014, 370: 2408-2417

　　面对重症感染患者，能否快速确认感染病原体，成为后续对症治疗的关键，基于宏基因组新一代测序技术（metagenomics next-generation sequencing, mNGS）为解决这一问题提供了一个可能的突破方向。

　　mNGS简介

　　宏基因组测序（mNGS基因检测）是借助二代测序平台快速测序获得样品中的核酸序列，并进一步与已知的各个物种的基因组序列对比，从而得知样品中微生物的种类和比例的技术。

　　
　　mNGS理论上可以报告所有已知基因组序列的病原体，目前已经纳入的病原体有8000多种，其中包括3000余种细菌、4000余种病毒、200余种真菌和140种寄生虫，除了病原体覆盖广、准确性高，mNGS还可以获取耐药突变信息和毒力基因，高覆盖度的mNGS还可以评估病原体的药物敏感性，精准指导临床用药。
　　在最近的新型冠状病毒（COVID-19）的发现和研究中，宏基因组测序（mNGS）也发挥了重要作用。

　　mNGS的优越性

　　mNGS 不依赖于传统的微生物培养，也无需特异性扩增，可直接对临床样本中的核酸无差别、无选择性地进行高通量测序，与已知微生物序列数据库进行比对分析，根据比对到的序列信息来判断样本包含的病原微生物种类，能够快速、客观地检测临床样本中的病原微生物（包括病毒、细菌、真菌、寄生虫）。　　
　　mNGS的应用方向

 一、医学医用方向

　　多个文献报道已证明，mNGS应用于临床诊断方面具有明显优势。在众多的分子检测手段中，mNGS作为一种全面直接的检测方法，虽然存在经济成本等问题，使mNGS很难在短期内成为临床一线检测手段，但在传统微生物检验阴性、经验治疗失败、疑难杂症、不明原因的危重症、免疫缺陷等特殊患者人群以及新发突发传染病的诊断中仍是一种非常高效的病原体筛查方法。
　　mNGS已成功应用于脑脊液（CSF）、呼吸道分泌物、粪便、尿液、血液和组织等数十种样本类型。在诊断血液感染、呼吸道感染、骨关节感染和脑炎等复杂和重症感染方面显示出极大的优势。目前临床使用的mNGS更多用于“无菌”样本，如脑脊液和血液。在具有复杂背景的样本（如尿液、粪便、痰）中，许多尝试仍处于验证阶段。
　　

　　图：mNGS 临床应用检测策略推荐^[3~7]

　　二、其他医用方向

　　畜牧领域：肠道、瘤胃(如产甲烷菌类群)与动物健康/营养消化研究等
　　农业领域：根据微生物与植物互作、农业耕作/施肥处理与土壤微生物群落研究等
　　环境领域：雾霾处理、污水治理、石油降解、酸性矿水处理及海洋环境研究等
　　生物能源：特殊功能的菌株、基因挖掘、工程菌的开发研究
　　特殊极端环境：极端环境条件下的微生物类群研究　　

　　CTI华测检测mNGS产品

　　采用病原宏基因组(mNGS) 分析检测技术，该技术基于lllumina 高通监测序技术，并利用生物信息学方法进行分析，覆盖20000＋病原体。与传统方法相比，本项目具有无偏倚、高效率、广覆盖等特点，是—种新的不依赖传统微生物培养而广泛分析临床样本中微生物组（细菌、真菌、病毒、寄生虫）的高通测序方法。本检测适用于不明原因发热、疑难危重、中枢神经系统、呼吸道等感染患者。细菌最低检出限为100 copies/ml, 病毒最低检出限为1000 copies/ml。

　　以上信息仅供参考，以终版报告（或实际沟通）为准。

　　参考文献：
　　[1]Chiu CY, Miller SA. Clinical metagenomics[J]. Nature Reviews Genetics, 2019, 20(6): 341-355.
　　[2]Li N, Cai Q, Miao Q, et al. High-Throughput Metagenomics for Identification of Pathogens in the Clinical Settings[J]. small methods, 2021, 5(1): 2000792.
　　[3]张文宏. 中国宏基因组学第二代测序技术检测感染病原体的临床应用专家共识[J]. 中华传染病杂志, 2020, 38(11):681-689.
　　[4]李颖, 麻锦敏. 宏基因组学测序技术在中重症感染中的临床应用专家共识（第一版）[J]. 中华危重病急救医学, 2020, 32(5): 531-536.
　　[5]王辉. 宏基因组高通量测序技术应用于感染性疾病病原检测中国专家共识[J]. 中华检验医学杂志, 2021, 44(02): 107-120.
　　[6]童朝阳. 宏基因组分析和诊断技术在急危重症感染应用的专家共识[J]. 中华急诊医学杂志, 2019, 28(2):151-155.
　　[7]鲁辛辛. 高通量宏基因组测序技术检测病原微生物的临床应用规范化专家共识[J]. 中国检验医学杂志, 2020, 43(12):1181-1195.