메타유전체 및 전유전체 병원체 식별

메타유전체 및 전유전체 접근법은 고처리량 시퀀싱을 사용하여 유전체 규모에서 병원체를 특성화합니다. 메타유전체 시퀀싱은 특정 유기체를 표적으로 삼지 않고 임상 샘플에서 직접 핵산을 판독하는 반면, 전유전체 시퀀싱은 배양된 분리주의 전체 유전체를 판독하여 고해상도 식별, 유형 분류 및 감시를 지원합니다.

Definition

메타유전체 시퀀싱은 임상 샘플에 존재하는 모든 유기체를 검출하기 위해 샘플 내 모든 핵산을 비표적적으로 시퀀싱하는 것이며, 전유전체 시퀀싱은 일반적으로 배양된 분리주로부터 단일 유기체의 전체 유전체를 시퀀싱하여 상세한 특성화를 수행하는 것입니다.

Scope

이 주제는 편향 없는 병원체 검출을 위한 배양 비의존적 메타유전체 차세대 시퀀싱과 식별, 유형 분류 및 발병 조사를 위한 분리주의 전유전체 시퀀싱을 다룹니다. 또한 이러한 방법이 제기하는 분석적, 해석적, 비용적 고려 사항을 언급합니다. 이는 치료 지침 없이 실험실 및 참고 주제로 제시됩니다.

Core questions

• 원인을 알 수 없거나 배양에 실패한 샘플에 어떤 유기체가 존재합니까?
• 분리주의 전체 유전체는 그 정체성, 유형 분류 및 내성에 대해 무엇을 밝혀줍니까?
• 진정한 병원체를 배경 및 오염 물질로부터 분리하기 위해 시퀀싱 판독값은 어떻게 해석됩니까?
• 유전체 규모 시퀀싱의 이점이 비용과 복잡성을 정당화하는 경우는 언제입니까?

Key concepts

• 메타유전체 차세대 시퀀싱 (mNGS)
• 전유전체 시퀀싱 (WGS)
• 배양 비의존적 (비표적) 검출
• 유전체 역학
• 판독 해석, 배경 및 오염
• 생물정보학 파이프라인 및 참조 데이터베이스
• 유전체 규모 방법의 비용 효율성

Mechanisms

메타유전체 시퀀싱은 임상 샘플에서 직접 핵산을 추출하고 시퀀싱한 다음, 생물정보학 파이프라인을 사용하여 판독값을 유기체에 할당합니다. 이는 원칙적으로 박테리아, 바이러스, 곰팡이 및 기생충을 사전 가설 없이 검출할 수 있으며, 뇌척수액에서 신경렙토스피라증 진단과 같이 배양이 어려운 병원체도 포함합니다 (Wilson et al., 2014). 샘플에는 숙주 및 환경 핵산도 포함되어 있으므로, 임상 사용에서 핵심적인 과제인 배경 및 오염 물질로부터 진정한 병원체를 구별하는 해석이 필요합니다 (Miller & Chiu, 2020). 반면 전유전체 시퀀싱은 배양된 분리주의 전체 유전체를 판독하여 식별, 유형 분류 및 내성 특성화에 대한 최고 해상도를 제공하며, 발병의 유전체 역학을 뒷받침합니다 (Deng et al., 2016).

Clinical relevance

유전체 규모 시퀀싱은 실험실에서 예상치 못한 또는 배양 불가능한 병원체를 어떻게 검출하고 고해상도로 발병을 재구성할 수 있는지 설명하며, 어려운 사례의 진단 및 감염 예방 감시에 정보를 제공합니다. 이 주제는 이러한 증거가 어떻게 생성되는지를 설명하며, 개별적인 진단 또는 치료 결정의 근거가 아닙니다.

Epidemiology

전유전체 시퀀싱은 유전체 역학의 주요 도구가 되어 식품 매개 및 의료 관련 유기체를 포함한 세균성 병원체의 미세한 감시 및 발병 조사를 가능하게 했습니다 (Deng et al., 2016). 경제성 평가는 이러한 감시가 전통적인 방법에 비해 비용 효율적인지 여부를 검토했습니다 (Price et al., 2023).

Evidence & guidelines

이러한 방법에 대한 증거에는 메타유전체 시퀀싱의 개념 증명 임상 적용 (Wilson et al., 2014), 임상적 역할에 대한 비판적 평가 (Miller & Chiu, 2020), 전유전체 감시 검토 (Deng et al., 2016), 그리고 경제성 평가에 대한 체계적 검토 (Price et al., 2023)가 포함됩니다. 임상 시퀀싱 분석법에 대한 유효성 검사 및 보고 표준은 전문 및 규제 기관에 의해 설정되며 여기서는 재현되지 않습니다.

History

유전체 규모 미생물학은 고처리량 시퀀싱 비용 하락에 따라 발전했습니다. 분리주의 전유전체 시퀀싱은 감시 및 발병 조사에 채택되었으며 (Deng et al., 2016), 비표적 메타유전체 시퀀싱은 뇌척수액에서 배양 불가능한 병원체 식별과 같은 사례에서 진단 잠재력을 입증하여 (Wilson et al., 2014), 임상적으로 언제 어떻게 적용할지에 대한 지속적인 논쟁을 촉발했습니다 (Miller & Chiu, 2020).

Debates

메타유전체 시퀀싱을 임상 실험실에서 일상적으로 사용해야 하는가?

메타유전체 시퀀싱은 다른 방법으로는 놓칠 수 있는 병원체를 검출할 수 있지만, 높은 비용, 해석의 복잡성, 그리고 진정한 신호를 배경으로부터 분리하는 어려움 때문에 일상적인 임상적 역할에 대한 논쟁이 계속되고 있습니다.

전유전체 감시는 비용 효율적인가?

전유전체 시퀀싱은 감시에 있어 우수한 해상도를 제공하지만, 더 저렴한 기존 방법에 비해 그 가치는 환경과 병원체에 따라 달라지며, 경제적 증거는 아직 수집 중입니다.

Seminal works

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

Frequently asked questions

메타유전체 시퀀싱은 전유전체 시퀀싱과 어떻게 다릅니까?

메타유전체 시퀀싱은 특정 유기체를 표적으로 삼지 않고 샘플 내 모든 핵산을 판독하여 존재하는 모든 유기체를 검출하는 반면, 전유전체 시퀀싱은 일반적으로 배양된 분리주의 단일 유기체 전체 유전체를 판독하여 상세한 특성화를 수행합니다.

메타유전체 결과 해석이 어려운 이유는 무엇입니까?

임상 샘플에는 병원체와 함께 숙주, 환경 및 오염 물질 핵산이 포함되어 있으므로, 배경으로부터 진정한 원인 유기체를 구별하려면 신중한 생물정보학적 및 임상적 해석이 필요합니다.