Metagenomikai és teljes genomos kórokozó-azonosítás

A metagenomikai és teljes genomos megközelítések nagy áteresztőképességű szekvenálást használnak a kórokozók genomméretű jellemzésére. A metagenomikai szekvenálás közvetlenül a klinikai mintákból származó nukleinsavakat olvas be, anélkül, hogy specifikus organizmust célozna meg, míg a teljes genomos szekvenálás egy tenyésztett izolátum teljes genomját olvassa be, támogatva a nagy felbontású azonosítást, tipizálást és felügyeletet.

Definition

A metagenomikai szekvenálás egy klinikai minta összes nukleinsavának célzott szekvenálása az ott jelenlévő bármely organizmus kimutatására, míg a teljes genomos szekvenálás egyetlen organizmus teljes genomjának szekvenálása, tipikusan egy tenyésztett izolátumból, részletes jellemzés céljából.

Scope

A téma magában foglalja a tenyésztés-független metagenomikai következő generációs szekvenálást az elfogulatlan kórokozó-detektálás érdekében, valamint az izolátumok teljes genomos szekvenálását az azonosításhoz, tipizáláshoz és járványvizsgálathoz. Felveti továbbá az ezeket a módszereket érintő analitikai, értelmezési és költségvetési megfontolásokat is. Laboratóriumi és referenciatémaként kerül bemutatásra, kezelési útmutatás nélkül.

Core questions

• Milyen organizmusok vannak jelen egy mintában, ha az ok ismeretlen, vagy a tenyésztés sikertelen volt?
• Mit árul el egy izolátum teljes genomja annak identitásáról, tipizálásáról és rezisztenciájáról?
• Hogyan értelmezik a szekvenálási leolvasásokat az igazi kórokozók elkülönítésére a háttértől és a szennyeződéstől?
• Mikor indokolja a genomméretű szekvenálás előnyeinek a költsége és bonyolultsága?

Key concepts

• Metagenomikai következő generációs szekvenálás (mNGS)
• Teljes genomos szekvenálás (WGS)
• Tenyésztés-független (célzott) detektálás
• Genomikai epidemiológia
• Leolvasások értelmezése, háttér és szennyeződés
• Bioinformatikai pipeline-ok és referenciadatbázisok
• Genomméretű módszerek költséghatékonysága

Mechanisms

A metagenomikai szekvenálás közvetlenül egy klinikai mintából vonja ki és szekvenálja a nukleinsavakat, majd bioinformatikai pipeline-okat használ az olvasások organizmusokhoz rendelésére, elvileg baktériumok, vírusok, gombák és paraziták kimutatására, előzetes hipotézis nélkül – beleértve a rosszul tenyészthető ágenseket is, mint például a neuroleptospirózis diagnosztizálása az agy-gerincvelői folyadékból (Wilson et al., 2014). Mivel a minták gazda- és környezeti nukleinsavakat is tartalmaznak, az értelmezésnek meg kell különböztetnie a valódi kórokozókat a háttértől és a szennyeződéstől, ami a klinikai használat központi kihívása (Miller & Chiu, 2020). A teljes genomos szekvenálás ehelyett egy tenyésztett izolátum teljes genomját olvassa be, a legmagasabb felbontást biztosítva az azonosításhoz, tipizáláshoz és rezisztencia jellemzéséhez, valamint alátámasztva a járványok genomikai epidemiológiáját (Deng et al., 2016).

Clinical relevance

A genomméretű szekvenálás leírja, hogyan tudnak a laboratóriumok váratlan vagy nem tenyészthető kórokozókat kimutatni, és hogyan rekonstruálhatnak járványokat nagy felbontásban, tájékoztatva a nehéz esetek diagnosztizálását és a fertőzésmegelőzési felügyeletet. A téma elmagyarázza, hogyan keletkezik ez az adat, és nem képezi alapját az egyéni diagnosztikai vagy kezelési döntéseknek.

Epidemiology

A teljes genomos szekvenálás a genomikai epidemiológia elsődleges eszközévé vált, lehetővé téve a bakteriális kórokozók, beleértve az élelmiszer-eredetű és egészségügyi intézményekben szerzett szervezeteket is, finom szemcsézettségű felügyeletét és járványvizsgálatát (Deng et al., 2016). Gazdasági értékelések vizsgálták, hogy az ilyen felügyelet költséghatékony-e a hagyományos módszerekhez képest (Price et al., 2023).

Evidence & guidelines

Ezekre a módszerekre vonatkozó bizonyítékok magukban foglalják a metagenomikai szekvenálás bizonyíték-koncepciós klinikai alkalmazásait (Wilson et al., 2014), azok klinikai szerepének kritikai értékeléseit (Miller & Chiu, 2020), a teljes genomos felügyelet áttekintéseit (Deng et al., 2016), valamint gazdasági értékeléseinek szisztematikus áttekintését (Price et al., 2023). A klinikai szekvenálási vizsgálatok validálási és jelentési szabványait szakmai és szabályozó testületek állítják fel, és ezek itt nem kerülnek megismétlésre.

History

A genomméretű mikrobiológia a nagy áteresztőképességű szekvenálás csökkenő költségeit követte. Az izolátumok teljes genomos szekvenálását felügyeletre és járványvizsgálatra alkalmazták (Deng et al., 2016), és a célzott metagenomikai szekvenálás diagnosztikai potenciálját olyan esetekben mutatta be, mint egy nem tenyészthető kórokozó azonosítása az agy-gerincvelői folyadékból (Wilson et al., 2014), ami folyamatos vitát váltott ki arról, hogyan és mikor kellene klinikailag bevetni (Miller & Chiu, 2020).

Debates

A metagenomikai szekvenálást rutinszerűen kellene használni a klinikai laboratóriumban?

A metagenomikai szekvenálás képes kimutatni olyan kórokozókat, amelyeket más módszerek elmulasztanak, de a magas költség, az értelmezési bonyolultság és az igazi jel és a háttér megkülönböztetésének nehézsége vitatottá teszi a rutinszerű klinikai szerepét.

Költséghatékony-e a teljes genomos felügyelet?

A teljes genomos szekvenálás kiváló felbontást kínál a felügyelethez, de az olcsóbb hagyományos módszerekhez viszonyított értéke a környezettől és a kórokozótól függ, és a gazdasági bizonyítékokat még összeállítják.

Seminal works

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

Frequently asked questions

Hogyan különbözik a metagenomikai szekvenálás a teljes genomos szekvenálástól?

A metagenomikai szekvenálás egy minta összes nukleinsavát olvassa be, hogy bármely jelenlévő organizmust kimutasson célzás nélkül, míg a teljes genomos szekvenálás egyetlen organizmus teljes genomját olvassa be, általában egy tenyésztett izolátumból, részletes jellemzés céljából.

Miért kihívást jelentő a metagenomikai eredmények értelmezése?

A klinikai minták kórokozók mellett gazda-, környezeti és szennyező nukleinsavakat is tartalmaznak, így az igazi kórokozó megkülönböztetése a háttértől gondos bioinformatikai és klinikai értelmezést igényel.