病原宏基因组高通量测序生物信息学分析质量评价的研究现状与思考

病原宏基因组高通量测序(mNGS)技术已成为感染病原学诊断的新工具,由实验操作(湿实验)和生物信息学分析(干实验)两部分组成。干实验由算法和数据库构成,其功能是对湿实验产生的测序数据进行分析处理后输出检测结果。干实验的性能受到测序数据中复杂多变的干扰因素的影响,包括临床样本中大量的人源核酸、试剂与耗材携带的微生物核酸、采样与湿实验引入的环境微生物核酸、数据库中基因组质量不均一或不同物种基因组之间的相似性过高导致的错误比对与注释,以及算法与参数差异对分类鉴定的影响等。上述干扰因素可能来自mNGS检测各个环节,不仅可能导致干实验输出错误的物种鉴定和微生物检测结果,也给干实验的质量控制与评价带来较大挑战。本文综述了mNGS干实验质量控制的关键问题以及关于质量评价方法的思考。

病原宏基因组高通量测序技术质量评价参考品的建立

目的建立医疗机构病原宏基因组高通量测序(mNGS)本地化检测质量评价所需参考品。方法10种微生物按1∶10梯度稀释3个浓度水平后,分别与临床样本相近的人源细胞浓度混合。人源细胞按1∶10梯度稀释3个浓度水平后,分别与低浓度微生物混合。对参考品冻融稳定性进行研究。结果D1系列参考品包含:人源细胞为10^(5) cells/mL,微生物约为10^(5)~10^(3) CFU/mL的D1⁃1~D1⁃3以及不含微生物的D0;微生物约为10^(3) CFU/mL,人源细胞为10^(5)~10^(3) cells/mL的D1⁃3、D1⁃2(10)和D1⁃1(100)。D2系列参考品与D1系列设置相同。对参考品进行检测(以D1系列为例):D1⁃1~D1⁃3各检测1次,参考品中微生物均检出、其他微生物未检出;D1⁃2重复检测3次,各微生物检出序列数的变异系数为18%~49%;D1⁃1~D1⁃3以及D1⁃3、D1⁃2(10)和D1⁃1(100)两组参考品中各微生物检出的序列数的线性相关系数|r|为0.86~0.96。参考品冻融2次后检测,各微生物的检出序列数均下降。结论建立了包含10种微生物的参考品及其使用方法,可用于医疗机构mNGS本地化检测质量评价。

病原宏基因组高通量测序医疗机构本地化质量评价联合研究

目的:开展病原宏基因组高通量测序(mNGS)质量评价联合研究,为医疗机构(医院mNGS本地化建设提供参考经验。方法:参加单位使用本地化建设的mNGS流程,按方案要求检测参考品标本并回报结果。对检测性能及技术选型等因素进行统计分析。结果:来自全国17个省、直辖市的42家医院的47个科室参加本次研究,检测流程包括3种测序平台的10种测序仪。参加单位按研究方案完成质量评价参考品的测试,共回报49组有效数据,其中全部性能指标均为满分的占29%,各性能指标的满分占比分别为阳性符合率(准确性)73%、阴性符合率(特异性)92%、重复性47%、检出限71%,以及稳健性37%。实验流程中标本前处理、病原富集及核酸片段化的技术选型,是显著影响满分率的因素。更大的测序数据量与满分率呈正相关,而不同测序方案则无统计学差异。结论:本次联合研究提示,目前mNGS流程的整体稳定性仍有较大优化空间,实验室在开展本地化建设时应充分考虑影响检测系统稳定的各潜在因素,有助于保证日常运行的稳定可控。

病原宏基因组高通量测序中无菌部位临床标本的处理办法

病原宏基因组高通量测序(mNGs)不依赖于传统的微生物培养,直接对临床样本中的核酸进行高通量测序,具有无偏倚、广覆盖、快速等优点。检测临床样本中的较多病原微生物(包括病毒、细菌、真菌、寄生虫),在重症感染领域,特别是疑难、罕见病导致的重症感染中发挥了关键作用。然而,感染性的临床样本多种多样,样本前处理及核酸提取方法并没有标准规范。各专家共识中也都指出样本前处理和核酸提取为mNGS技术流程的质量控制的重要节点。且相比有菌部位的标本,无菌部位的标本(静脉血、脑脊液、胸腔积液、组织)具有更高的临床价值,应尽量送检无菌部位的标本。因此,本文通过对mNGS无菌部位临床样本处理方法进行综述,着重阐述无菌部位样本的特性及处理方法,以期为医疗工作者及科研人员提供详实的参考信息。

病原宏基因组高通量测序临床本地化检测规范专家共识

感染性疾病严重危害人类生命健康,快速准确检测病原体是有效治疗和精准防控感染性疾病的关键环节。传统的病原学检验技术覆盖的微生物种类少,难以满足临床需求。宏基因组高通量测序(mNGS)理论上可同时检测所有已知基因序列的病原体,在很大程度上提高了临床疑难危重感染、罕见和新发病原体感染的诊断水平和救治能力。在个体化医疗需求的大背景下,新技术的实验室自建检测(LDT)能够持续提高临床诊治水平。由于mNGS技术平台研发起点高、操作流程复杂,为了保证该技术合理应用,保障患者医疗安全,本文在临床检验、感染、危重症及体外诊断等领域的专家就mNGS-LDT的流程搭建、性能确认、质量控制、报告审核等方面形成共识并提出规范要求和建议。

Xpert MTB/RIF联合宏基因组高通量测序对菌阴肺结核的诊断价值分析

目的探讨Xpert MTB/RIF联合宏基因组高通量测序对菌阴肺结核的诊断价值。方法回顾性分析2019年12月至2022年5月诊断为菌阴肺结核的70例患者,分别进行XpertMTB/RIF检测、宏基因组高通量测序及二者联合检测。采用固体培养法和比例法对生化病原菌进行诊断并分析诊断效能。采用预测值绘制受试者操作特征曲线。结果Xpert MTB/RIF诊断阳性率75.57%,阴性率21.43%;宏基因组高通量测序诊断阳性率78.57%,阴性率21.43%;联合诊断阳性率88.57%,阴性率11.43%。Xpert MTB/RIF检测敏感度为77.55%、特异性为59.86%,曲线下面积(area under the curve,AUC)为0.827;宏基因组高通量测序检测敏感度为77.47%、特异性为61.02%,AUC为0.808;联合检测敏感度为89.75%、特异性为89.57%,AUC为0.925。结果显示Xpert MTB/RIF联合宏基因组高通量测序在菌阴肺结核中诊断的敏感度、特异性均高于单一检测(P<0.05)。结论XpertMTB/RIF联合宏基因组高通量测序在菌阴肺结核诊断中具有较好的应用价值,值得临床推广使用。

基于宏基因组二代测序的ICU感染性疾病患者病原体分布

目的基于宏基因组二代测序(mNGS)数据,分析重症监护室(ICU)感染性疾病患者的病原体分布情况,为临床抗感染治疗提供依据。方法回顾性分析7所综合性三甲医院ICU感染性疾病标本的mNGS报告结果,探讨ICU病原体分布情况。结果收集1083份感染性疾病标本的mNGS报告,总体检出率为85.50%。病原体种类172种,病原体例数1334例,检出的细菌的种类和数量最多,其次为病毒。革兰阴性菌例数(60.29%)较革兰阳性菌(39.71%)多,检出数前3位的革兰阴性菌为肺炎克雷伯菌(114例,22.75%)、鲍曼不动杆菌(78例,15.57%)和铜绿假单胞菌(66例,13.17%);革兰阳性菌为屎肠球菌(68例,20.61%)、纹带棒状杆菌(46例,13.94%)和金黄色葡萄球菌(31例,9.39%)。检出数前3位的真菌为白色念珠菌(79例,40.51%)、耶氏肺孢子菌(32例,16.41%)和近平滑念珠菌(16例,8.21%)。DNA病毒为主要的检出病毒,检出数前3位为巨细胞病毒(71例,27.52%)、人疱疹病毒1型(62例,24.03%)和EB病毒(57例,22.09%);RNA病毒中检出数前3位为HpgV病毒(13例,43.33%)、人冠状病毒229E型(4例,13.33%)、鼻病毒(3例,10.00%)和人冠状病毒HKU1型(3例,10.00%)。在不典型病原体中,鹦鹉热衣原体检出率最高(11例,55.00%)。结论革兰阴性菌是ICU感染性疾病患者的主要病原体,其次为病毒。动态监测ICU病原体分布情况有助于制定合理有效的抗感染治疗策略。

宏基因组病原学测序在下呼吸道感染的诊断价值和应用进展

下呼吸道感染(lower respiratory tract infection,LRTI)迄今仍是全球关注的重大卫生问题,及时准确地检出感染病原体是该病对因治疗的关键。现有各类微生物检测方法尚难满足日益发展的临床病原诊断需求。宏基因组下一代测序(metagenomic next-generation sequencing,mNGS)作为高通量、广覆盖、灵敏快速、无需预判的新型检测技术,可极大地提高感染性疾病的病因诊断率。本文综述了mNGS的概念、技术优势、在LRTI病原诊断的临床应用现状、以及mNGS当前面临的部分责任病原体序列数低,或与背景菌区分鉴别困难的挑战,并从技术和临床不同层面提出了应对措施和未来展望。

基于宏基因组测序和纯培养技术解析胀袋生抽酱油的微生物类群

该研究采用宏基因组测序技术对胀袋生抽酱油微生物类群进行了解析,对其微生物菌株进行了分离鉴定,并对分离株是否可导致酱油胀气进行了验证。宏基因组结果表明,胀袋生抽酱油样品中平均相对含量大于1.0%的微生物主要由嗜盐四联球菌(Tetragenococcus halophilus)、酸鱼联合乳杆菌(Ligilactobacillus acidipiscis)、植物乳植物杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)、耐酸乳杆菌(Lactobacillus acetotolerans)、棒状腐败乳杆菌(Loigolactobacillus coryniformis)、短促生乳杆菌(Levilactobacillus brevis)和屎肠球菌(Enterococcus faecium)构成,平均相对含量分别为28.01%、25.50%、9.45%、2.49%、1.83%、1.53%和1.33%;采用纯培养技术,分离出的49株细菌被鉴定为6个属下的11个种,其中枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、破布子联合乳杆菌(Ligilactobacillus pobuzihii)、蛋白原酶腐败乳杆菌(Loigolactobacillus rennini)和L.acidipiscis分离株占总分离株数的39.22%、19.61%、11.76%和9.80%,分离出的2株酵母菌均被鉴定为扣囊复膜酵母(Saccharomycopsis fibuligera);产气验证实验发现,所有分离株均不能单独引起生抽酱油的胀袋现象。由此可见,胀袋生抽酱油具有较高的微生物多样性,在后续研究引入培养组学策略以获得更多的分离株,亦或考虑多菌株的协同作用,对酱油涨袋这一产业问题的解决可能具有积极的意义。

宏基因组二代测序在重症肺炎病原学诊断中的价值

目的探讨宏基因组二代测序(mNGS)对重症肺炎患者病原学诊断的价值。方法选择2021年5月至2023年5月宁波市泌尿肾病医院收治的60例重症肺炎患者。收集肺泡灌洗液5~10 mL分别行常规检测与m NGS检测。比较mNGS检测与常规检测病原微生物阳性率。结果mNGS检测病原微生物阳性率为81.67%,显著高于常规检测的58.33%(P=0.002)。mNGS检测细菌阳性率为53.33%,显著高于常规检测的35.00%(P=0.005);检测真菌阳性率为36.67%,显著高于常规检测的20.00%(P=0.005);检测病毒阳性率为21.67%,显著高于常规检测的8.33%(P=0.011)。结论mNGS对重症肺炎病原学诊断阳性率较高,具有临床意义。

中枢神经系统感染病原体宏基因组测序试剂性能评估关注点

从性能评估的角度,简述中枢神经系统感染病原体宏基因组测序试剂检测的病原体范围、企业参考品的设置、反应体系的研究以及分析性能评估等研究内容的关注点,包括研究方法以及质量控制要求等。该研究意在提高产品研发效率,推动行业发展。

宏基因组二代测序在下呼吸道感染患者支气管肺泡灌洗液中的病原学诊断价值

目的 比较下呼吸道感染患者支气管肺泡灌洗液(BALF)中病原菌的宏基因组二代测序(mNGS)和常规培养检测结果,分析mNGS检出阳性的影响因素和临床意义。方法 回顾性分析2020年4月至2023年3月安庆市望江县医院的130例下呼吸道感染患者的BALF样本,进行mNGS和常规培养检测,比较2种方法的阳性率、病原体分布和一致性,分析mNGS检出阳性与患者临床指标和预后的关系。结果 mNGS检出阳性率为76.9%,常规培养检测阳性率为43.1%,差异有统计学意义(P<0.05)。mNGS能够检测出更多种类的病原菌,主要为革兰阴性杆菌、真菌和非典型病原体。mNGS与常规培养检测结果在细菌、真菌和非典型病原体方面具有中等一致性,在病毒和寄生虫方面具有较低一致性。mNGS检出阳性与患者年龄、基础疾病、外周血白细胞和C反应蛋白等因素相关,是影响mNGS检出阳性的危险因素。结论 mNGS在下呼吸道感染患者BALF中的病原学诊断优于常规培养检测,能检测出更多和更广的病原菌,有助于下呼吸道感染患者临床合理用药和改善患者预后。

宏基因组二代测序在肺部感染患者病原体检测中的价值

目的探讨宏基因组二代测序(Metagenomics Next-generation Sequencing,mNGS)用于临床检测肺部感染患者病原体的诊断价值。方法选取2022年1—12月溧阳市中医医院呼吸科收治的70例疑似肺部感染患者作为研究对象,全部患者均行mNGS检测及痰培养,以细菌培养结果为金标准,比较mNGS检测及痰培养的病原体检出率。结果经细菌培养结果显示,70例疑似肺部感染患者中,50例确诊肺部感染疾病,20例未感染,mNGS灵敏度(100.00%)、特异度(95.00%)及准确度(98.57%)明显高于痰培养,差异有统计学意义(χ^(2)=40.000、8.167、52.071,P均<0.05)。经细菌培养结果显示,总计检出铜绿假单胞菌18例、肺炎链球菌12例、曲霉菌8例、结核分歧杆菌6例、非结核分歧杆菌6例,经mNGS检出病原体概率为高于痰培养检出率,但组间比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论mNGS技术可有效规避传统痰培养的假阴性问题,以此诊断肺部感染患者的病原体种类准确率高。

宏基因组测序技术(mNGS)对肺泡灌洗液病原的诊断价值

目的:本研究旨在评估宏基因组测序技术(mNGS)在肺泡灌洗液样本中用于病原体检测的诊断价值,比较其与传统方法的检出率,并分析mNGS检测结果对肺部感染患者临床治疗的指导作用。方法:研究纳入2021年5月至2023年5月期间收治的86例行支气管肺泡灌洗的肺部感染患者为研究对象。对所有患者的灌洗液均实施mNGS检测和传统方法检测。以最终诊断结果为“金标准”,比较两种检测方法的阳性检出率,并对比mNGS阳性组与阴性组患者的预后指标。结果:最终诊断结果为阳性65例,阴性21例,其中混合感染共计49例;共检出164株病原体,其中耶氏肺孢子菌、结核分枝杆菌比例为13/7。mNGS的总检测准确率明显高于传统检测方法(P<0.05);在耶氏肺孢子菌检测准确率的比较上,mNGS检测的准确率明显高于传统检测方法(P<0.05),但在结核分枝杆菌检测准确率的比较上,mNGS与传统检测方法无明显差异(P>0.05);在真菌、细菌混合感染的检测准确率比较上,mNGS检测明显高于传统检测方法(P<0.05)。在抗生素调整率、CRP水平、平均住院时间、机械通气时间等预后指标的比较上,mNGS阳性组与阴性组比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论:mNGS技术在肺泡灌洗液样本中用于病原体检测具有较高的诊断价值,能够提高阳性检出率并对肺部感染患者的临床治疗产生积极的指导作用,有助于改善患者预后。

脑脊液宏基因组二代测序在小儿神经外科术后颅内细菌感染诊断中的应用

目的探讨脑脊液宏基因组二代测序(mNGS)技术在小儿神经外科术后颅内细菌感染诊断中的应用。方法分析2020年1月1日—2023年8月31日在中南大学某医院儿童重症监护病房住院的神经外科手术后符合颅内细菌感染诊断标准(包括临床诊断及确诊)病例的临床资料,2021年10月起,在经验性使用抗颅内感染药物前送检脑脊液培养和mNGS检测。对脑脊液mNGS结果阴性病例,结合脑脊液培养结果及临床资料,不进行或尽早停用经验性抗颅内感染治疗并追踪随访。结果共纳入43例病例,其中临床诊断组38例,病原学诊断组5例。脑脊液常规及生化指标两组间比较,差异均无统计学意义(均P>0.05)。临床诊断组38例病例中,2020年1月—2021年9月10例临床诊断病例(对照组),临床诊断颅内感染后接受经验性抗菌药物治疗;2021年10月—2023年8月28例临床诊断颅内感染病例(干预组)mNGS病原学和脑脊液培养均阴性,16例病例未进行经验性抗颅内感染治疗,另12例在mNGS回报阴性后结合临床资料及时停止经验性抗颅内感染治疗,追踪随访28例病例均无细菌性脑膜炎发生,入颅抗菌药物平均使用时间[0(0,4)d]低于对照组10例临床诊断病例抗菌药物平均使用时间[8(7,11)d,P<0.05]。结论脑脊液mNGS可以提高神经外科术后颅内细菌感染病例病原学检出率,mNGS检测结果有助于指导神经外科术后颅内细菌感染临床诊断病例抗菌药物的合理使用。

宏基因组二代测序技术在血液病患者合并感染诊疗中的应用

探讨宏基因组二代测序(mNGS)在血液病合并感染诊疗中的临床应用价值。对比分析2021年8月至2022年12月吉林省人民医院血液科血液病合并感染患者的传统病原体检测结果与mNGS检测结果,探讨mNGS在血液病合并感染时诊疗的优势及临床应用价值。共纳入患者20例,经mNGS检测,16例呈阳性,包括细菌感染3例、真菌感染1例、病毒感染4例,两种以上感染8例;4例呈阴性。mNGS病原体检出率和检出种类显著高于传统检测方法。根据mNGS检测结果调整临床用药后,治疗效果良好。与传统病原体检测方法相比,mNGS对血液病合并感染具有较高的检出率,检出更全面,显著提高了患者的生存率及生活质量,对于临床用药具有指导意义。研究结果表明病原宏基因组二代测序可为该类感染提供病原学证据以辅助血液病合并感染的治疗。

宏基因组二代测序技术辅助诊断中枢神经系统贝氏柯克斯体感染性血管炎1例

Q热是由贝氏柯克斯体感染引起的人畜共患病,临床表现多样且无特异性,贝氏柯克斯体颅内感染罕见,经常被误诊和漏诊,导致部分患者预后不佳。此文报告1例宏基因组二代测序(mNGS)技术辅助诊断的中枢神经系统贝氏柯克斯体颅内感染性血管炎病例,提示mNGS技术在Q热快速诊断中起到重要作用,通过早期诊断,精准治疗,明显改善患者预后。在此基础上回顾国内外相关文献,总结贝氏柯克斯体颅内感染的临床表现和诊治经验,供国内外同行参考。

宏基因组高通量测序技术在中枢神经系统感染性疾病中的临床价值分析

目的 探讨宏基因组高通量测序(metagenomic next-generation sequencing, mNGS)技术在中枢神经系统感染性疾病诊断中的临床价值。方法 依托中国医学科学院北京协和医院感染性疾病宏基因组检测平台,回顾性分析2022年4—12月临床诊断为中枢神经系统感染性疾病患者的临床信息、常规实验室检测结果及mNGS结果等相关资料,评价mNGS技术在中枢神经系统感染性疾病诊断中的价值。结果 在39例临床诊断为中枢神经系统感染性疾病的患者中,29例(74.4%)检出疑似致病病原体特异性序列,其中11例(37.9%)检出细菌,13例(44.8%)检出病毒,3例(10.3%)检出真菌,1例(3.5%)检出细菌及病毒,1例(3.5%)检出真菌及病毒,真阳性率为74.4%。10例报告阴性结果,假阴性率为25.6%。mNGS技术的阳性率明显高于临床常规病原学检查(包括脑脊液涂片、培养、病原体抗原及核酸聚合酶链式反应)的阳性率(74.4%比23.7%)。结论 相较于现有的临床常规病原学检查手段,mNGS技术在中枢神经系统感染性疾病诊断中具有更高的真阳性率,可能有助于中枢神经系统感染性疾病的早期诊断。

宏基因组高通量测序技术的临床应用:现状、挑战与前景

传统微生物学检测方法难以满足临床复杂多变的病原体检测需求。近年来,新兴的宏基因组高通量测序(metagenomic next-generation sequencing, mNGS)技术被广泛应用于各种感染性疾病诊断、新发及突发传染病病因分析、耐药基因检测和宿主免疫应答分析等领域。mNGS检测流程十分复杂,检测过程中每一步骤引入的变异均会影响检测结果的准确性。检测方法缺乏标准化、人员认知和能力不足、仪器试剂成本高昂是mNGS临床推广面临的主要障碍,因此亟需对检测方法进行标准化、规范化,快速提升检测人员的认知和综合能力。未来,整合mNGS病原体信息、转录组信息和耐药基因信息以提高对感染性疾病患者的临床管理水平是mNGS检测的重要发展方向。

应用宏基因组二代测序诊断异基因造血干细胞移植后早期侵袭性真菌病患者的临床分析

目的 分析异基因造血干细胞移植(allogeneic hematopoietic stem cell transplantation, allo-HSCT)后早期应用宏基因组二代测序(metagenomic next-generation sequencing, mNGS)诊断侵袭性真菌病(invasive fungal disease, IFD)患者的临床转归。方法 回顾性分析2021年7月至2022年10月在浙江大学医学院附属第一医院接受allo-HSCT患者,移植后早期(100 d内)出现以下情况之一:(1)经验性抗细菌治疗72 h及以上持续发热,且血培养阴性患者;(2)既往抗感染有效后再次出现不明原因高热;(3)下呼吸道症状合并肺部CT病灶,经验性抗感染治疗无效。送检移植后外周血或支气管镜肺泡灌洗液行mNGS检测,并分析患者的总体生存率(overall survival, OS)和非复发死亡率(non-relapse mortality, NRM)。结果 纳入60例患者,送检外周血标本47例,肺泡灌洗液标本13例。mNGS检测病原学阴性组19例,非真菌阳性组30例,真菌阳性组11例;真菌阳性组中曲霉菌3例、毛霉菌5例、热带念珠菌2例、阿萨丝孢酵母菌1例。11例真菌阳性患者经调整抗真菌治疗8例获完全缓解。60例患者1年OS和1年NRM分别为70.0%(95%CI:64.1%~75.9%)和20.0%(95%CI:11.9%~32.5%)。真菌阳性组1年OS为54.5%(95%CI:49.5%~69.5%),1年NRM为36.4%(95%CI:15.5%~70.3%);阴性组、真菌阳性组和非真菌阳性组1年OS (P=0.487)和1年NRM (P=0.358)差异无统计学意义。真菌阳性组与非真菌阳性组OS(P=0.238)和NRM (P=0.154)上的差异亦无统计学意义。结论 mNGS可快速诊断allo-HSCT后早期IFD,有利于及时有效治疗,改善患者的预后。