【感染科普笔记2023-6-14】陈敏丨高通量测序技术在传染病预测与控制中的实践

i紫晶

陈敏丨高通量测序技术在传染病预测与控制中的实践https://mp.weixin.qq.com/s/rQMe9N_RMD0bO6GdbNGuUg

讲者丨陈敏（上海市疾病预防控制中心病原生物检定所）

整理丨李振欣（辽宁省肿瘤医院）
审核丨吴怀英（聊城市第三人民医院）
来源丨2022 SIFIC暨OCAMRI联合会

宏基因检测技术（NGS）凭借检测时间短及高阳性检出率等技术特点，在临床应用于感染性疾病的监测、发现和控制。在2022年全国耐药与感染防控联合会议上，来自上海市疾病预防控制中心病原生物检定所的陈敏教授结合高通量测序技术，详细介绍了用于病原体检测的NGS技术、检测流程、宏基因测序组（mNGS）和靶向测序（tNGS）的区别。并简要介绍了当前宏基因检测技术应用领域和发展方向。

一、高通量测序技术特点、适应症及检测方法

• 高通量测序技术特点？可以确定致病病原微生物、未知或新发病原微生物，由于宏基因组测序技术缩短新发传染病病原的检定时间，提高检测阳性率、无需预测、无偏好、一次检测成千上万种病原体、优化抗菌药物管理，带来临床收益，逐渐被临床普遍认可。
• 高通量测序技术适应症？适用于：病原体检测，可检出发现新发传染病。
• 高通量测序技术测序流程、基因测序和靶向测序的区别？测序流程：用于病原体检测的NGS技术主要包括宏基因测序组（mNGS）和靶向测序（tNGS，如RPIP）。
  

基因测序组（mNGS）流程：核酸提取包括人的核酸和微生物的核酸→文库制备、经核酸碎片化，并加测序仪可识别的标签→测序通过新一代测序仪进行测序→数据分析，与参考数据库进行对比，提供结果。
靶向测序（tNGS）流程：核酸提取包括人的核酸和微生物的核酸→文库制备、经核酸碎片化，并加测序仪可识别的标签→探针捕获，特异性探针与目标微生物核酸杂交后被捕获扩增用于后续测序→测序通过新一代测序仪进行测序→数据分析，与参考数据库进行对比，提供结果。
病原微生物检测不同NGS技术的区别

二、基因测序国际进展WHO世界卫生组织提出10年病原体基因组监测计划。目标是构建细菌地图，强化队伍建设，制定高效、标准化流程，全球共享及时监测。收集临床实验数据、流行病数据、环境数据以及其他相关数据，以控制疾病暴发、流行。
三、基因测序的应用实践1. 污水监测污水流行病学(Wastewater Based Epidemiology，WBE)是通过量化分析污水中目标化学或生物标记物，来定性或定量推演污水收集区域，居民活动与健康情况的一种调查监控方法。
污水监测是以污水流行病学为原理的一种手段。污水监测对公共卫生防控至关重要。社区层面监测感染性疾病以及发现新发病原体。可以发现无症状感染人群，不管感染者是否就医；跟踪那些变体在社区中占主导地位；整体社区层面监测感染性疾病；在人群中发现新的微生物；可以比临床提前平均至少12天发现社区中病原体(有助于疫情战备)；监测耐药基因等。
2. 全球流感监测每年流感导致10亿人次致病，300万到500万有严重症状，29万到65万人死亡。作为病毒学监测的全球机制和平台，全球流感监测和响应系统(Global Influenza Surveillance&Response System，GISAR)已有70年。WHO一年两次预测南北半球流感暴发情况，并给出3价和4价疫苗推荐。
3. 医院监测

• 定期使用NGS技术对医院环境微生物进行监测有助于医院感染管理工作。
• 积极使用全基因组测序（WGS），有助于院感患者管理与医疗资源节省。
  

四、WGS和NGS在感染管理作用中的区别WGS能够为临床和公共卫生实验室，提供前所未有的物种鉴定、抗菌药物耐药性和流行病学分型信息。与其他常规分型技术(如PFGE)相比，WGS可提供更详细分离株相关性信息。测序可以排除偶然出现的相同致病种呈阳性患者集群暴发，从而避免非必要感染控制干预措施和暴发调查。
NGS提供了更高菌株分型分辨率。NGS提供了更高的关联性分辨率。适用于机构的数据库可实现追溯功能。1）NGS助力控制寨卡病毒的传播。2）宏基因组技术确认猴痘病毒，并提供详细基因组信息。3）WHO应对全球食品安全策略2022-2030。
监测人群中的食源性疾病和抗生素耐药性，对于监测食品和饲料供应链安全至关重要。全基因组测序(WGS)为公共卫生，提供了目前可用于监测和应对食源性疾病微生物最高分辨率分型技术。作为监测和响应系统的一部分，WGS可以更快发现致病因，更快有针对性的干预措施。4）全基因组序列用于抗生素耐药监测。5）废水和野生动物基因组抗菌药物耐药性监测。6）测序助力新耐药菌治疗：噬菌体治疗；生物勘探新型抗菌药物；研制对抗超级细菌疫苗；调整微生物菌群结构。7）基因组检测在食品检测中应用。

• 疾病暴发处理的精准检测：精准鉴定菌株和血清型；鉴定已知或未知致病菌；获得多位点序列分型（MLST）数据。
• 政府疾病暴发管理系统：分子水平寻找病人和系统的联系；溯源和召回；预防措施。
• 食品科研：高分辨率鉴定微生物；鉴定毒力和致病基因。
• 工业食品安全和质量控制：食品腐败菌快速检测。
  

五、全基因组测序(WGS)、靶向测序、宏基因组测序区别全基因组测序(WGS)需要纯菌培养后建库测序，用于菌株准确鉴定、溯源、分型、耐药和毒力基因检测，致病菌识别网构建。
靶向测序分为扩增子测序和探针富集测序。扩增子测序先使用多重PCR扩增靶向区域再建库，该方法也适用于其它病毒如流感病毒、肠道病毒、诺如病毒、登革热病毒等的全基因组测序。探针富集测序，先建库再使用探针杂交“抓取”靶向片段，如使用商业化呼吸道病毒、使用商业化检测呼吸道病原(真菌、细菌和病毒)及耐药基因。
宏基因组测序分为鸟枪法mNGS、病毒mNGS。鸟枪法mNGS无需培养，无需预设，直接获取样本中所有核酸序列，需要去除人源信息、易受背景微生物干扰、数据分析较难，且成本较高。病毒mNGS，提取病毒核酸进行测序，可同时检测已知病毒和未知病毒，相比鸟枪法mNGS，各种背景干扰少、数据分析较简单、成本较低。
感 悟基因测序技术为感染性疾病诊治，带来了福音，选择哪种测序技术，需要依据患者病史、病情、检验检查等综合评估选择，测序技术为感染性疾病，特别是疑难感染病例规范、合理治疗提供了可靠依据。

封面图片来自网络图文：王小虾