メタゲノムおよび全ゲノム病原体同定

メタゲノムおよび全ゲノムアプローチは、ハイスループットシーケンスを用いて、ゲノムスケールで病原体を特徴付けます。メタゲノムシーケンスは、特定の生物を標的とせずに臨床検体から直接核酸を読み取りますが、全ゲノムシーケンスは培養された分離株の完全なゲノムを読み取り、高解像度の同定、タイピング、およびサーベイランスをサポートします。

Definition

メタゲノムシーケンスは、臨床検体中のすべての核酸を非標的的にシーケンスして存在するあらゆる生物を検出するものであるのに対し、全ゲノムシーケンスは、通常、培養された分離株から単一生物の完全なゲノムをシーケンスし、詳細な特性評価を行うものです。

Scope

このトピックは、偏りのない病原体検出のための培養非依存的メタゲノム次世代シーケンスと、同定、タイピング、およびアウトブレイク調査のための分離株の全ゲノムシーケンスを扱います。また、これらの方法が提起する分析、解釈、およびコストに関する考慮事項も指摘しています。治療ガイダンスを含まない、検査室および参照トピックとして提示されています。

Core questions

• 原因不明または培養が失敗した場合、検体中にどのような生物が存在しますか？
• 分離株の完全なゲノムは、その同定、タイピング、および耐性について何を明らかにしますか？
• シーケンスリードは、真の病原体を背景や汚染から分離するためにどのように解釈されますか？
• ゲノムスケールシーケンスの利点は、そのコストと複雑さをいつ正当化しますか？

Key concepts

• メタゲノム次世代シーケンス (mNGS)
• 全ゲノムシーケンス (WGS)
• 培養非依存的（非標的）検出
• ゲノム疫学
• リード解釈、背景、および汚染
• バイオインフォマティクスパイプラインと参照データベース
• ゲノムスケール手法の費用対効果

Mechanisms

メタゲノムシーケンスは、臨床検体から直接核酸を抽出しシーケンスした後、バイオインフォマティクスパイプラインを用いてリードを生物に割り当てます。これにより、原則として、事前の仮説なしに細菌、ウイルス、真菌、寄生虫を検出できます。これには、脳脊髄液からの神経レプトスピラ症の診断（Wilson et al., 2014）のように、培養が困難な病原体も含まれます。検体には宿主および環境の核酸も含まれるため、臨床使用においては、真の病原体を背景や汚染から区別することが中心的な課題となります（Miller & Chiu, 2020）。一方、全ゲノムシーケンスは、培養された分離株の全ゲノムを読み取り、同定、タイピング、耐性特性評価において最高解像度を提供し、アウトブレイクのゲノム疫学の基盤となります（Deng et al., 2016）。

Clinical relevance

ゲノムスケールシーケンスは、検査室が予期せぬ病原体や培養不可能な病原体を検出し、高解像度でアウトブレイクを再構築する方法を説明し、困難な症例の診断や感染予防サーベイランスに情報を提供します。このトピックは、このエビデンスがどのように生成されるかを説明するものであり、個々の診断や治療の決定の根拠となるものではありません。

Epidemiology

全ゲノムシーケンスは、ゲノム疫学の主要なツールとなり、食中毒や医療関連病原体を含む細菌病原体の詳細なサーベイランスとアウトブレイク調査を可能にしました（Deng et al., 2016）。経済評価では、このようなサーベイランスが従来のM法と比較して費用対効果が高いかどうかが検討されています（Price et al., 2023）。

Evidence & guidelines

これらの方法に関するエビデンスには、メタゲノムシーケンスの概念実証的臨床応用（Wilson et al., 2014）、その臨床的役割の批判的評価（Miller & Chiu, 2020）、全ゲノムサーベイランスのレビュー（Deng et al., 2016）、およびその経済評価の系統的レビュー（Price et al., 2023）が含まれます。臨床シーケンスアッセイのバリデーションおよび報告基準は、専門機関および規制機関によって定められており、ここでは再現されません。

History

ゲノムスケール微生物学は、ハイスループットシーケンスのコスト低下に伴って発展しました。分離株の全ゲノムシーケンスは、サーベイランスおよびアウトブレイク調査に採用され（Deng et al., 2016）、非標的メタゲノムシーケンスは、脳脊髄液からの培養不可能な病原体の同定などの症例でその診断可能性を示し（Wilson et al., 2014）、臨床でいつどのように展開すべきかについて継続的な議論を促しています（Miller & Chiu, 2020）。

Debates

メタゲノムシーケンスは臨床検査室で日常的に使用されるべきか？

メタゲノムシーケンスは他の方法では見逃される病原体を検出できる可能性がありますが、高コスト、解釈の複雑さ、真のシグナルを背景から分離することの難しさにより、その日常的な臨床的役割は議論の的となっています。

全ゲノムサーベイランスは費用対効果が高いか？

全ゲノムシーケンスはサーベイランスにおいて優れた解像度を提供しますが、より安価な従来の方法に対するその価値は、設定と病原体によって異なり、経済的エビデンスはまだ収集中です。

Seminal works

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

Frequently asked questions

メタゲノムシーケンスは全ゲノムシーケンスとどのように異なりますか？

メタゲノムシーケンスは、特定の生物を標的とせずに検体中のすべての核酸を読み取り、存在するあらゆる生物を検出するのに対し、全ゲノムシーケンスは、通常、培養された分離株である単一生物の完全なゲノムを読み取り、詳細な特性評価を行います。

メタゲノム結果の解釈が難しいのはなぜですか？

臨床検体には、病原体とともに宿主、環境、および汚染物質の核酸が含まれているため、真の原因生物を背景から区別するには、慎重なバイオインフォマティクス的および臨床的解釈が必要です。