Identifikasi Patogen Metagenomik dan Seluruh Genom

Pendekatan metagenomik dan seluruh genom menggunakan sekuensing berdaya tinggi untuk mengkarakterisasi patogen pada skala genom. Sekuensing metagenomik membaca asam nukleat langsung dari sampel klinis tanpa menargetkan organisme tertentu, sementara sekuensing seluruh genom membaca genom lengkap isolat yang dikultur, mendukung identifikasi, penentuan tipe, dan surveilans resolusi tinggi.

Definition

Sekuensing metagenomik adalah sekuensing tanpa target dari semua asam nukleat dalam sampel klinis untuk mendeteksi organisme apa pun yang ada, sedangkan sekuensing seluruh genom adalah sekuensing genom lengkap satu organisme, biasanya dari isolat yang dikultur, untuk karakterisasi terperinci.

Scope

Topik ini mencakup sekuensing generasi berikutnya metagenomik yang tidak bergantung pada kultur untuk deteksi patogen yang tidak bias dan sekuensing seluruh genom isolat untuk identifikasi, penentuan tipe, dan investigasi wabah. Topik ini juga mencatat pertimbangan analitis, interpretatif, dan biaya yang ditimbulkan oleh metode-metode ini. Topik ini disajikan sebagai topik laboratorium dan referensi tanpa panduan pengobatan.

Core questions

• Organisme apa yang ada dalam sampel ketika penyebabnya tidak diketahui atau kultur gagal?
• Apa yang diungkapkan oleh genom lengkap isolat tentang identitas, penentuan tipe, dan resistensinya?
• Bagaimana pembacaan sekuensing diinterpretasikan untuk memisahkan patogen sejati dari latar belakang dan kontaminasi?
• Kapan manfaat sekuensing skala genom membenarkan biaya dan kompleksitasnya?

Key concepts

• Sekuensing generasi berikutnya metagenomik (mNGS)
• Sekuensing seluruh genom (WGS)
• Deteksi independen kultur (tanpa target)
• Epidemiologi genomik
• Interpretasi pembacaan, latar belakang, dan kontaminasi
• Alur kerja bioinformatika dan basis data referensi
• Efektivitas biaya metode skala genom

Mechanisms

Sekuensing metagenomik mengekstraksi dan mengurutkan asam nukleat langsung dari sampel klinis, kemudian menggunakan alur kerja bioinformatika untuk menetapkan pembacaan ke organisme, pada prinsipnya mendeteksi bakteri, virus, jamur, dan parasit tanpa hipotesis sebelumnya — termasuk agen yang sulit dikultur, seperti dalam diagnosis neuroleptospirosis dari cairan serebrospinal (Wilson et al., 2014). Karena sampel juga mengandung asam nukleat inang dan lingkungan, interpretasi harus membedakan patogen sejati dari latar belakang dan kontaminasi, sebuah tantangan utama dalam penggunaan klinis (Miller & Chiu, 2020). Sekuensing seluruh genom sebaliknya membaca genom lengkap isolat yang dikultur, memberikan resolusi tertinggi untuk identifikasi, penentuan tipe, dan karakterisasi resistensi serta mendukung epidemiologi genomik wabah (Deng et al., 2016).

Clinical relevance

Sekuensing skala genom menjelaskan bagaimana laboratorium dapat mendeteksi patogen yang tidak terduga atau tidak dapat dikultur dan merekonstruksi wabah dengan resolusi tinggi, menginformasikan diagnosis kasus sulit dan surveilans pencegahan infeksi. Topik ini menjelaskan bagaimana bukti ini dihasilkan dan bukan merupakan dasar untuk keputusan diagnostik atau pengobatan individu.

Epidemiology

Sekuensing seluruh genom telah menjadi alat utama epidemiologi genomik, memungkinkan surveilans terperinci dan investigasi wabah patogen bakteri, termasuk organisme bawaan makanan dan terkait layanan kesehatan (Deng et al., 2016). Evaluasi ekonomi telah meneliti apakah surveilans semacam itu hemat biaya dibandingkan dengan metode tradisional (Price et al., 2023).

Evidence & guidelines

Bukti mengenai metode ini meliputi aplikasi klinis pembuktian konsep sekuensing metagenomik (Wilson et al., 2014), penilaian kritis peran klinisnya (Miller & Chiu, 2020), tinjauan surveilans seluruh genom (Deng et al., 2016), dan tinjauan sistematis evaluasi ekonominya (Price et al., 2023). Standar validasi dan pelaporan untuk uji sekuensing klinis ditetapkan oleh badan profesional dan regulasi dan tidak direproduksi di sini.

History

Mikrobiologi skala genom mengikuti penurunan biaya sekuensing berdaya tinggi. Sekuensing seluruh genom isolat diadopsi untuk surveilans dan investigasi wabah (Deng et al., 2016), dan sekuensing metagenomik tanpa target menunjukkan potensi diagnostiknya dalam kasus-kasus seperti identifikasi patogen yang tidak dapat dikultur dari cairan serebrospinal (Wilson et al., 2014), mendorong perdebatan yang sedang berlangsung tentang bagaimana dan kapan menerapkannya secara klinis (Miller & Chiu, 2020).

Debates

Haruskah sekuensing metagenomik digunakan secara rutin di laboratorium klinis?

Sekuensing metagenomik dapat mendeteksi patogen yang tidak terdeteksi oleh metode lain, tetapi biaya tinggi, kompleksitas interpretasi, dan kesulitan memisahkan sinyal sejati dari latar belakang membuat peran klinis rutinnya masih diperdebatkan.

Apakah surveilans seluruh genom hemat biaya?

Sekuensing seluruh genom menawarkan resolusi yang lebih tinggi untuk surveilans, tetapi nilainya relatif terhadap metode konvensional yang lebih murah bergantung pada pengaturan dan patogen, dan bukti ekonomi masih dikumpulkan.

Seminal works

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

Frequently asked questions

Bagaimana sekuensing metagenomik berbeda dari sekuensing seluruh genom?

Sekuensing metagenomik membaca semua asam nukleat dalam sampel untuk mendeteksi organisme apa pun yang ada tanpa menargetkan satu pun, sementara sekuensing seluruh genom membaca genom lengkap satu organisme, biasanya isolat yang dikultur, untuk karakterisasi terperinci.

Mengapa menginterpretasikan hasil metagenomik menantang?

Sampel klinis mengandung asam nukleat inang, lingkungan, dan kontaminan di samping patogen apa pun, sehingga membedakan organisme penyebab sejati dari latar belakang memerlukan interpretasi bioinformatika dan klinis yang cermat.