मेटाजीनोमिक और संपूर्ण-जीनोम रोगजनक पहचान

मेटाजीनोमिक और संपूर्ण-जीनोम दृष्टिकोण जीनोम पैमाने पर रोगजनकों की विशेषता बताने के लिए उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण का उपयोग करते हैं। मेटाजीनोमिक अनुक्रमण किसी विशिष्ट जीव को लक्षित किए बिना नैदानिक नमूनों से सीधे न्यूक्लिक एसिड को पढ़ता है, जबकि संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण एक संवर्धित आइसोलेट के पूर्ण जीनोम को पढ़ता है, जो उच्च-रिज़ॉल्यूशन पहचान, टाइपिंग और निगरानी का समर्थन करता है।

Definition

मेटाजीनोमिक अनुक्रमण एक नैदानिक नमूने में सभी न्यूक्लिक एसिड का अलक्षित अनुक्रमण है ताकि किसी भी मौजूद जीव का पता लगाया जा सके, जबकि संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण एक एकल जीव के पूर्ण जीनोम का अनुक्रमण है, जो आमतौर पर एक संवर्धित आइसोलेट से होता है, विस्तृत लक्षण वर्णन के लिए।

Scope

यह विषय निष्पक्ष रोगजनक पहचान के लिए कल्चर-स्वतंत्र मेटाजीनोमिक नेक्स्ट-जनरेशन अनुक्रमण और पहचान, टाइपिंग और प्रकोप जांच के लिए आइसोलेट के संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण को शामिल करता है। यह उन विश्लेषणात्मक, व्याख्यात्मक और लागत संबंधी विचारों को भी नोट करता है जो ये तरीके उठाते हैं। इसे उपचार मार्गदर्शन के बिना एक प्रयोगशाला और संदर्भ विषय के रूप में प्रस्तुत किया गया है।

Core questions

• जब कारण अज्ञात हो या कल्चर विफल हो गया हो तो नमूने में कौन से जीव मौजूद होते हैं?
• एक आइसोलेट का पूर्ण जीनोम उसकी पहचान, टाइपिंग और प्रतिरोध के बारे में क्या बताता है?
• वास्तविक रोगजनकों को पृष्ठभूमि और संदूषण से अलग करने के लिए अनुक्रमण रीड्स की व्याख्या कैसे की जाती है?
• जीनोम-स्केल अनुक्रमण के लाभ इसकी लागत और जटिलता को कब उचित ठहराते हैं?

Key concepts

• मेटाजीनोमिक नेक्स्ट-जनरेशन अनुक्रमण (mNGS)
• संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण (WGS)
• कल्चर-स्वतंत्र (अलक्षित) पहचान
• जीनोमिक महामारी विज्ञान
• रीड व्याख्या, पृष्ठभूमि और संदूषण
• बायोइन्फॉर्मेटिक पाइपलाइन और संदर्भ डेटाबेस
• जीनोम-स्केल विधियों की लागत-प्रभावशीलता

Mechanisms

मेटाजीनोमिक अनुक्रमण सीधे एक नैदानिक नमूने से न्यूक्लिक एसिड निकालता और अनुक्रमित करता है, फिर बायोइन्फॉर्मेटिक पाइपलाइनों का उपयोग करके रीड्स को जीवों को असाइन करता है, सिद्धांत रूप में बैक्टीरिया, वायरस, कवक और परजीवियों का पता लगाता है बिना किसी पूर्व परिकल्पना के — जिसमें वे एजेंट भी शामिल हैं जो खराब कल्चर होते हैं, जैसे कि सेरेब्रोस्पाइनल द्रव से न्यूरोलेप्टोस्पायरोसिस का निदान (विल्सन एट अल., 2014)। क्योंकि नमूनों में मेजबान और पर्यावरणीय न्यूक्लिक एसिड भी होते हैं, व्याख्या को पृष्ठभूमि और संदूषण से वास्तविक रोगजनकों को अलग करना चाहिए, जो नैदानिक उपयोग में एक केंद्रीय चुनौती है (मिलर और चियू, 2020)। इसके बजाय संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण एक संवर्धित आइसोलेट के पूर्ण जीनोम को पढ़ता है, जो पहचान, टाइपिंग और प्रतिरोध लक्षण वर्णन के लिए उच्चतम रिज़ॉल्यूशन प्रदान करता है और प्रकोपों के जीनोमिक महामारी विज्ञान को रेखांकित करता है (डेंग एट अल., 2016)।

Clinical relevance

जीनोम-स्केल अनुक्रमण बताता है कि प्रयोगशालाएं अप्रत्याशित या अकृष्य रोगजनकों का पता कैसे लगा सकती हैं और उच्च रिज़ॉल्यूशन पर प्रकोपों का पुनर्निर्माण कैसे कर सकती हैं, जिससे कठिन मामलों के निदान और संक्रमण-रोकथाम निगरानी की जानकारी मिलती है। यह विषय बताता है कि यह साक्ष्य कैसे उत्पन्न होता है और व्यक्तिगत नैदानिक या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

Epidemiology

संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण जीनोमिक महामारी विज्ञान का एक प्राथमिक उपकरण बन गया है, जो खाद्य जनित और स्वास्थ्य सेवा-संबंधित जीवों सहित जीवाणु रोगजनकों की बारीक-दानेदार निगरानी और प्रकोप जांच को सक्षम बनाता है (डेंग एट अल., 2016)। आर्थिक मूल्यांकनों ने जांच की है कि क्या ऐसी निगरानी पारंपरिक तरीकों के सापेक्ष लागत प्रभावी है (प्राइस एट अल., 2023)।

Evidence & guidelines

इन विधियों पर साक्ष्य में मेटाजीनोमिक अनुक्रमण के प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट नैदानिक अनुप्रयोग (विल्सन एट अल., 2014), इसकी नैदानिक भूमिका का महत्वपूर्ण मूल्यांकन (मिलर और चियू, 2020), संपूर्ण-जीनोम निगरानी की समीक्षा (डेंग एट अल., 2016), और इसके आर्थिक मूल्यांकनों की व्यवस्थित समीक्षा (प्राइस एट अल., 2023) शामिल हैं। नैदानिक अनुक्रमण परख के लिए सत्यापन और रिपोर्टिंग मानक पेशेवर और नियामक निकायों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं और यहां पुनरुत्पादित नहीं किए गए हैं।

History

जीनोम-स्केल माइक्रोबायोलॉजी उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण की घटती लागत के बाद आया। आइसोलेट के संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण को निगरानी और प्रकोप जांच के लिए अपनाया गया था (डेंग एट अल., 2016), और अलक्षित मेटाजीनोमिक अनुक्रमण ने सेरेब्रोस्पाइनल द्रव से एक अकृष्य रोगजनक की पहचान जैसे मामलों में अपनी नैदानिक क्षमता का प्रदर्शन किया (विल्सन एट अल., 2014), जिससे इसे नैदानिक रूप से कैसे और कब तैनात किया जाए, इस पर चल रही बहस छिड़ गई (मिलर और चियू, 2020)।

Debates

क्या मेटाजीनोमिक अनुक्रमण का उपयोग नैदानिक प्रयोगशाला में नियमित रूप से किया जाना चाहिए?

मेटाजीनोमिक अनुक्रमण उन रोगजनकों का पता लगा सकता है जिन्हें अन्य तरीके नहीं पहचान पाते हैं, लेकिन उच्च लागत, व्याख्यात्मक जटिलता और पृष्ठभूमि से वास्तविक संकेत को अलग करने की कठिनाई इसकी नियमित नैदानिक भूमिका को विवादास्पद बनाए रखती है।

क्या संपूर्ण-जीनोम निगरानी लागत प्रभावी है?

संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण निगरानी के लिए बेहतर रिज़ॉल्यूशन प्रदान करता है, लेकिन सस्ते पारंपरिक तरीकों के सापेक्ष इसका मूल्य सेटिंग और रोगजनक पर निर्भर करता है, और आर्थिक साक्ष्य अभी भी एकत्र किए जा रहे हैं।

Seminal works

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

Frequently asked questions

मेटाजीनोमिक अनुक्रमण संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण से कैसे भिन्न है?

मेटाजीनोमिक अनुक्रमण किसी एक जीव को लक्षित किए बिना किसी भी मौजूद जीव का पता लगाने के लिए एक नमूने में सभी न्यूक्लिक एसिड को पढ़ता है, जबकि संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण एक एकल जीव के पूर्ण जीनोम को पढ़ता है, आमतौर पर एक संवर्धित आइसोलेट से, विस्तृत लक्षण वर्णन के लिए।

मेटाजीनोमिक परिणामों की व्याख्या करना चुनौतीपूर्ण क्यों है?

नैदानिक नमूनों में किसी भी रोगजनक के साथ मेजबान, पर्यावरणीय और संदूषक न्यूक्लिक एसिड होते हैं, इसलिए पृष्ठभूमि से एक वास्तविक प्रेरक जीव को अलग करने के लिए सावधानीपूर्वक बायोइन्फॉर्मेटिक और नैदानिक व्याख्या की आवश्यकता होती है।