Metagenomik ve Tüm Genom Patojen Tanımlaması
Metagenomik ve tüm genom yaklaşımları, patojenleri genom ölçeğinde karakterize etmek için yüksek verimli dizilemeyi kullanmaktadır. Metagenomik dizileme, belirli bir organizmayı hedeflemeden doğrudan klinik örneklerden nükleik asitleri okurken, tüm genom dizileme, kültürlenmiş bir izolatın tam genomunu okuyarak yüksek çözünürlüklü tanımlama, tiplendirme ve sürveyansı desteklemektedir.
Tanım
Metagenomik dizileme, bir klinik örnekteki tüm nükleik asitlerin hedeflenmemiş dizilenmesi yoluyla mevcut herhangi bir organizmayı tespit etmeyi amaçlarken, tüm genom dizileme, genellikle kültürlenmiş bir izolatdan elde edilen tek bir organizmanın tam genomunun detaylı karakterizasyonu için dizilenmesidir.
Kapsam
Bu konu, tarafsız patojen tespiti için kültürden bağımsız metagenomik yeni nesil dizilemeyi ve tanımlama, tiplendirme ve salgın araştırması için izolatların tüm genom dizilemesini kapsamaktadır. Ayrıca, bu yöntemlerin ortaya çıkardığı analitik, yorumlayıcı ve maliyetle ilgili hususlara da değinilmektedir. Tedavi rehberliği içermeyen bir laboratuvar ve referans konusu olarak sunulmaktadır.
Temel sorular
- Nedeni bilinmeyen veya kültürün başarısız olduğu bir örnekte hangi organizmalar bulunmaktadır?
- Bir izolatın tam genomu, onun kimliği, tiplendirmesi ve direnci hakkında ne gibi bilgiler ortaya koymaktadır?
- Gerçek patojenleri arka plan ve kontaminasyondan ayırmak için dizileme okumaları nasıl yorumlanmaktadır?
- Genom ölçekli dizilemenin faydaları, maliyetini ve karmaşıklığını ne zaman haklı çıkarmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Metagenomik yeni nesil dizileme (mNGS)
- Tüm genom dizileme (WGS)
- Kültürden bağımsız (hedeflenmemiş) tespit
- Genomik epidemiyoloji
- Okuma yorumlaması, arka plan ve kontaminasyon
- Biyoinformatik boru hatları (pipelines) ve referans veri tabanları
- Genom ölçekli yöntemlerin maliyet etkinliği
Mekanizmalar
Metagenomik dizileme, nükleik asitleri doğrudan bir klinik örnekten çıkarır ve diziler, ardından biyoinformatik boru hatları (pipelines) kullanılarak okumalar organizmalara atanır; bu sayede prensipte bakteriler, virüsler, mantarlar ve parazitler önceden bir hipotez olmaksızın tespit edilebilmektedir — buna, serebrospinal sıvıdan (beyin omurilik sıvısı) nöroleptospiroz tanısında olduğu gibi, kültürü zor olan ajanlar da dahildir (Wilson ve diğerleri, 2014). Örnekler aynı zamanda konakçı ve çevresel nükleik asitleri de içerdiğinden, yorumlama sırasında gerçek patojenlerin arka plan ve kontaminasyondan ayırt edilmesi gerekmektedir ki bu, klinik kullanımda merkezi bir zorluk teşkil etmektedir (Miller & Chiu, 2020). Tüm genom dizileme ise, kültürlenmiş bir izolatın tam genomunu okuyarak tanımlama, tiplendirme ve direnç karakterizasyonu için en yüksek çözünürlüğü sağlamakta ve salgınların genomik epidemiyolojisinin temelini oluşturmaktadır (Deng ve diğerleri, 2016).
Klinik önem
Genom ölçekli dizileme, laboratuvarların beklenmedik veya kültürü yapılamayan patojenleri nasıl tespit edebildiğini ve salgınları yüksek çözünürlükte nasıl yeniden yapılandırabildiğini açıklamakta, zor vakaların tanısını ve enfeksiyon önleme sürveyansını bilgilendirmektedir. Bu konu, bu kanıtın nasıl üretildiğini açıklamakta olup, bireysel tanı veya tedavi kararları için bir temel oluşturmamaktadır.
Epidemiyoloji
Tüm genom dizileme, gıda kaynaklı ve sağlık hizmetleriyle ilişkili organizmalar da dahil olmak üzere bakteriyel patojenlerin ayrıntılı sürveyansını ve salgın araştırmasını mümkün kılan genomik epidemiyolojinin birincil aracı haline gelmiştir (Deng ve diğerleri, 2016). Ekonomik değerlendirmeler, bu tür bir sürveyansın geleneksel yöntemlere göre maliyet etkin olup olmadığını incelemiştir (Price ve diğerleri, 2023).
Kanıt ve kılavuzlar
Bu yöntemlere ilişkin kanıtlar arasında metagenomik dizilemenin kavram kanıtlama niteliğindeki klinik uygulamaları (Wilson ve diğerleri, 2014), klinik rolüne ilişkin eleştirel değerlendirmeler (Miller & Chiu, 2020), tüm genom sürveyansına ilişkin derlemeler (Deng ve diğerleri, 2016) ve ekonomik değerlendirmelerinin sistematik derlemesi (Price ve diğerleri, 2023) yer almaktadır. Klinik dizileme testleri için doğrulama ve raporlama standartları profesyonel ve düzenleyici kurumlar tarafından belirlenmekte olup, burada tekrar edilmemektedir.
Tarihçe
Genom ölçekli mikrobiyoloji, yüksek verimli dizileme maliyetlerinin düşmesiyle gelişmiştir. İzolatların tüm genom dizilemesi, sürveyans ve salgın araştırması için benimsenmiş (Deng ve diğerleri, 2016) ve hedeflenmemiş metagenomik dizileme, serebrospinal sıvıdan kültürü yapılamayan bir patojenin tanımlanması gibi vakalarda tanısal potansiyelini göstermiştir (Wilson ve diğerleri, 2014); bu durum, yöntemin klinik olarak nasıl ve ne zaman uygulanacağına dair süregelen bir tartışmayı tetiklemiştir (Miller & Chiu, 2020).
Tartışmalar
- Metagenomik dizileme klinik laboratuvarda rutin olarak kullanılmalı mıdır?
- Metagenomik dizileme, diğer yöntemlerin gözden kaçırdığı patojenleri tespit edebilmektedir, ancak yüksek maliyet, yorumlama karmaşıklığı ve gerçek sinyali arka plandan ayırmanın zorluğu, rutin klinik rolünün tartışmalı kalmasına neden olmaktadır.
- Tüm genom sürveyansı maliyet etkin midir?
- Tüm genom dizileme, sürveyans için üstün çözünürlük sunmaktadır, ancak daha ucuz geleneksel yöntemlere göre değeri, ortam ve patojene bağlıdır ve ekonomik kanıtlar hala toplanmaktadır.
İlgili konular
Temel eserler
- wilson-2014
- deng-2016
- miller-2020
Sıkça sorulan sorular
- Metagenomik dizileme, tüm genom dizilemesinden nasıl farklıdır?
- Metagenomik dizileme, bir örnekteki tüm nükleik asitleri okuyarak herhangi bir organizmayı hedeflemeden tespit ederken, tüm genom dizileme, genellikle kültürlenmiş bir izolat olan tek bir organizmanın tam genomunu detaylı karakterizasyon için okumaktadır.
- Metagenomik sonuçları yorumlamak neden zorlayıcıdır?
- Klinik örnekler, herhangi bir patojenin yanı sıra konakçı, çevresel ve kontaminant nükleik asitleri de içermektedir; bu nedenle, gerçek bir nedensel organizmayı arka plandan ayırt etmek dikkatli biyoinformatik ve klinik yorumlama gerektirmektedir.