Identification métagénomique et par séquençage du génome entier des agents pathogènes

Les approches métagénomiques et de séquençage du génome entier utilisent le séquençage à haut débit pour caractériser les agents pathogènes à l'échelle du génome. Le séquençage métagénomique lit les acides nucléiques directement à partir d'échantillons cliniques sans cibler un organisme spécifique, tandis que le séquençage du génome entier lit le génome complet d'un isolat cultivé, permettant une identification, un typage et une surveillance à haute résolution.

Definition

Le séquençage métagénomique est le séquençage non ciblé de tous les acides nucléiques présents dans un échantillon clinique afin de détecter tout organisme, tandis que le séquençage du génome entier est le séquençage du génome complet d'un seul organisme, généralement à partir d'un isolat cultivé, pour une caractérisation détaillée.

Scope

Ce sujet couvre le séquençage métagénomique de nouvelle génération indépendant de la culture pour la détection non biaisée d'agents pathogènes et le séquençage du génome entier d'isolats pour l'identification, le typage et l'investigation d'épidémies. Il aborde également les considérations analytiques, interprétatives et économiques soulevées par ces méthodes. Il est présenté comme un sujet de laboratoire et de référence, sans orientation thérapeutique.

Core questions

• Quels organismes sont présents dans un échantillon lorsque la cause est inconnue ou que la culture a échoué ?
• Que révèle le génome complet d'un isolat concernant son identité, son typage et sa résistance ?
• Comment les lectures de séquençage sont-elles interprétées pour distinguer les véritables agents pathogènes du bruit de fond et de la contamination ?
• Quand les avantages du séquençage à l'échelle du génome justifient-ils son coût et sa complexité ?

Key concepts

• Séquençage métagénomique de nouvelle génération (mNGS)
• Séquençage du génome entier (WGS)
• Détection indépendante de la culture (non ciblée)
• Épidémiologie génomique
• Interprétation des lectures, bruit de fond et contamination
• Pipelines bioinformatiques et bases de données de référence
• Rentabilité des méthodes à l'échelle du génome

Mechanisms

Le séquençage métagénomique extrait et séquence les acides nucléiques directement à partir d'un échantillon clinique, puis utilise des pipelines bioinformatiques pour attribuer les lectures aux organismes, permettant en principe de détecter des bactéries, des virus, des champignons et des parasites sans hypothèse préalable — y compris les agents qui se cultivent difficilement, comme dans le diagnostic de la neuroleptospirose à partir du liquide céphalorachidien (Wilson et al., 2014). Étant donné que les échantillons contiennent également des acides nucléiques de l'hôte et de l'environnement, l'interprétation doit distinguer les véritables agents pathogènes du bruit de fond et de la contamination, ce qui représente un défi majeur en utilisation clinique (Miller & Chiu, 2020). Le séquençage du génome entier, quant à lui, lit le génome complet d'un isolat cultivé, offrant la plus haute résolution pour l'identification, le typage et la caractérisation de la résistance, et sous-tendant l'épidémiologie génomique des épidémies (Deng et al., 2016).

Clinical relevance

Le séquençage à l'échelle du génome décrit comment les laboratoires peuvent détecter des agents pathogènes inattendus ou incultivables et reconstituer des épidémies à haute résolution, éclairant le diagnostic des cas difficiles et la surveillance de la prévention des infections. Ce sujet explique comment ces preuves sont générées et ne constitue pas une base pour des décisions diagnostiques ou thérapeutiques individuelles.

Epidemiology

Le séquençage du génome entier est devenu un outil essentiel de l'épidémiologie génomique, permettant une surveillance et une investigation des épidémies d'agents pathogènes bactériens, y compris les organismes d'origine alimentaire et associés aux soins de santé, avec une grande précision (Deng et al., 2016). Des évaluations économiques ont examiné si une telle surveillance est rentable par rapport aux méthodes traditionnelles (Price et al., 2023).

Evidence & guidelines

Les preuves concernant ces méthodes incluent des applications cliniques de preuve de concept du séquençage métagénomique (Wilson et al., 2014), des évaluations critiques de son rôle clinique (Miller & Chiu, 2020), des revues de la surveillance par séquençage du génome entier (Deng et al., 2016) et une revue systématique de ses évaluations économiques (Price et al., 2023). Les normes de validation et de rapport pour les tests de séquençage clinique sont établies par des organismes professionnels et réglementaires et ne sont pas reproduites ici.

History

La microbiologie à l'échelle du génome a progressé avec la baisse des coûts du séquençage à haut débit. Le séquençage du génome entier d'isolats a été adopté pour la surveillance et l'investigation des épidémies (Deng et al., 2016), et le séquençage métagénomique non ciblé a démontré son potentiel diagnostique dans des cas tels que l'identification d'un agent pathogène incultivable à partir du liquide céphalorachidien (Wilson et al., 2014), suscitant un débat continu sur la manière et le moment de son déploiement clinique (Miller & Chiu, 2020).

Debates

Le séquençage métagénomique devrait-il être utilisé en routine dans le laboratoire clinique ?

Le séquençage métagénomique peut détecter des agents pathogènes que d'autres méthodes ne parviennent pas à identifier, mais son coût élevé, la complexité de son interprétation et la difficulté à distinguer le véritable signal du bruit de fond maintiennent son rôle clinique de routine contesté.

La surveillance par séquençage du génome entier est-elle rentable ?

Le séquençage du génome entier offre une résolution supérieure pour la surveillance, mais sa valeur par rapport aux méthodes conventionnelles moins coûteuses dépend du contexte et de l'agent pathogène, et les preuves économiques sont encore en cours de compilation.

Seminal works

• wilson-2014
• deng-2016
• miller-2020

Frequently asked questions

En quoi le séquençage métagénomique diffère-t-il du séquençage du génome entier ?

Le séquençage métagénomique lit tous les acides nucléiques d'un échantillon pour détecter tout organisme présent sans en cibler un en particulier, tandis que le séquençage du génome entier lit le génome complet d'un seul organisme, généralement un isolat cultivé, pour une caractérisation détaillée.

Pourquoi l'interprétation des résultats métagénomiques est-elle difficile ?

Les échantillons cliniques contiennent des acides nucléiques de l'hôte, de l'environnement et des contaminants, en plus de tout agent pathogène ; par conséquent, distinguer un véritable organisme causal du bruit de fond nécessite une interprétation bioinformatique et clinique minutieuse.