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mNGS規(guī)則及應(yīng)用——宏基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)在中重癥感染中的臨床應(yīng)用專家共識(shí)(第一版)

繼2019年版的《宏基因組測(cè)序在臨床重癥感染患者尋找病原體中的應(yīng)用》后,2020年《宏基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)在中重癥感染中的臨床應(yīng)用專家共識(shí)(第一版)》出版,今天小編和大家一起品品mNGS解讀規(guī)則。


1

不同病原體檢測(cè)方法的特點(diǎn)

臨床樣本中病原體檢測(cè)方法有很多,包括:

鑒定培養(yǎng)物中生長的微生物。

通過血清學(xué)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)特定微生物的生物標(biāo)志物。[如通過乳膠凝集進(jìn)行抗原檢測(cè)或通過酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)進(jìn)行抗體檢測(cè)]。

通過分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行單個(gè)或多重病原體特異核酸檢測(cè)。

這些方法雖然多,并且可以組合應(yīng)用,對(duì)于常見高發(fā)感染也非常有效,但是它們都屬于試錯(cuò)型,高度依賴于臨床醫(yī)生的判斷選擇。


目前在重癥感染病例的診斷上,試錯(cuò)型嘗試病原體檢測(cè)耗時(shí)較長,臨床總體陽性率也比較低。臨床mNGS的技術(shù)特點(diǎn)是能夠大范圍甚至是全方位試錯(cuò),為臨床醫(yī)生提供了一個(gè)快速的檢測(cè)手段。但目前由于新技術(shù)的成本較高,且mNGS與宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)測(cè)序( mtNGS)存在差異,導(dǎo)至臨床敏感度與預(yù)期相對(duì)較低,簡單地增加成本投人能有效提高臨床敏感度。此外,臨床mNGS除了測(cè)序生化反應(yīng)外,還包含了病原體數(shù)據(jù)庫自動(dòng)分析比對(duì)專家系統(tǒng),對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性也非常重要,故不是一個(gè)簡單的測(cè)序反應(yīng)。一線工作人員,尤其是從事重癥病例治療的醫(yī)生,需要對(duì)mNGS的臨床應(yīng)用有更多的了解,才能使mNGS更好地服務(wù)于臨床。

 

2

mNGS報(bào)告解讀規(guī)則

mNGS報(bào)告通過測(cè)序短序列的數(shù)量(reads)進(jìn)行物種的鑒定,堿基序列片段數(shù)量越大,表明該物種在樣本中存在的可能性越高,但需要區(qū)分不同物種。同時(shí)需要考慮基因組的覆蓋度,覆蓋度與可信度呈正相關(guān),但并非呈線性正相關(guān)。具體參考2019年的專家指南中mNGS檢測(cè)的專有名詞解釋。

 

陰性結(jié)果的解讀

mNGS報(bào)告中的信息是經(jīng)過特定閾值過濾后的結(jié)果,如果是陰性報(bào)告,首先需要分析患者的具體情況,再研究除報(bào)告外的原始檢測(cè)結(jié)果判斷是因?yàn)槲催_(dá)到閾值誤判,還是確實(shí)不存在病原體??梢愿鶕?jù)具體的臨床信息,在報(bào)告閾值之外考慮可能的原始檢出感染病原體,如胞內(nèi)感染菌。在陰性結(jié)果中,如果沒有進(jìn)行RNA的宏基因組檢測(cè)(也稱為mtNGS),可能遺漏了以RNA為遺傳物質(zhì)的病毒,需進(jìn)一步檢測(cè)宏轉(zhuǎn)錄組以明確病原體,如一種新型病毒性腦炎R(shí)NA病毒的發(fā)現(xiàn),否則存在假陰性的可能。對(duì)于某個(gè)臨床樣本,mNGS和mtNGS都為陰性的情況下,且內(nèi)參檢測(cè)值提示該樣本中單位體積內(nèi)(通常為1 mL)已知最小病毒小于10個(gè)分子時(shí),可以考慮陰性價(jià)值,即患者不存在感染性疾病,可能存在免疫性疾病和腫瘤等。

 

陽性結(jié)果的解讀

因不同部位臨床樣本的背景微生物存在差異,故陽性的判讀需要建立閾值才可以將真陽性的病原體從背景微生物中分離出來。這些閾值可以包含一些指標(biāo),如檢出特定微生物序列的數(shù)量、歸一化為每百萬序列的相對(duì)值、檢出微生物的基因組覆蓋度及內(nèi)參對(duì)照的檢出等情況。但需要在相同的測(cè)序平臺(tái)、相同的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行比較,以排除平臺(tái)和環(huán)境差異帶來的影響。而當(dāng)某個(gè)鑒定達(dá)到陽性判斷閾值后,其增量與可靠性呈正相關(guān),但并不呈線性相關(guān),在未達(dá)到閾值時(shí),其增量與鑒定可靠性呈指數(shù)正相關(guān)。


因此,在判斷陽性時(shí),達(dá)到閾值即可信。此外,在陽性報(bào)告中,如果有多種微生物大量存在,則應(yīng)結(jié)合定植微生物考慮假陽性物種。而針對(duì)一些常見病原體,需考慮并增加耐藥基因的檢測(cè),以提供更多的臨床治療指導(dǎo)方案。這里為常見的21種的病原體和32種抗生素。

常見微生物檢測(cè)結(jié)果與臨床檢測(cè)結(jié)果不一致,且不能排除感染時(shí),應(yīng)作為懷疑的依據(jù),再次送高通量檢測(cè);如果高通量檢測(cè)的對(duì)應(yīng)病原體序列升高,則提示有非常見的微生物,與臨床信息吻合,應(yīng)選擇靶向抗感染治療。


非體內(nèi)正常定植菌的外來侵入性微生物在非感染部位出現(xiàn),一旦被檢出,即認(rèn)為是病原體。


對(duì)于區(qū)別背景微生物、病毒以及快速分裂期的微生物,mRNA的診斷價(jià)值有待進(jìn)一步臨床觀察與研究加以證實(shí)。如果相應(yīng)mRNA序列數(shù)增加,則提示可能存在DNA病毒快速繁殖,要與病毒RNA進(jìn)行鑒別。


 延遲陽性: 有一些病原體由于被吞噬細(xì)胞吞噬,經(jīng)一段時(shí)間裂解釋放核酸后才能被檢出,需考慮多次送檢。

 

 物種差異判讀: 不同的病原體類型對(duì)應(yīng)的閾值不同,應(yīng)分類解讀。

 

病毒

一些顯著區(qū)別于人基因組序列的病毒,如腺病毒和流感病毒等,有少量的特異序列檢出即可信,其閾值通常在3/100萬及以上即為可信;而一些與人源序列相似度高的病毒,如反轉(zhuǎn)錄病毒類,在檢出序列較少時(shí),因無法判斷是否來自一些轉(zhuǎn)錄元件,只有更多序列檢出時(shí)才可信,其閾值通常需要超過1000/100萬,因?yàn)槟呐麓_實(shí)是某類反轉(zhuǎn)錄病毒,相對(duì)較少的檢出序列也更多指向其在人體內(nèi)是潛伏狀態(tài),而不是感染狀態(tài)。

 

真菌

真菌的基因組較大,并且存在較厚的細(xì)胞壁,因此在核酸提取的效率上會(huì)大打折扣,即使進(jìn)行了一些破壁處理,其檢出的特異序列數(shù)仍然不會(huì)很多,因此對(duì)于真菌的鑒定,其閾值考慮在5/100萬以上,在達(dá)到100/100萬以前,其可信度隨序列數(shù)增加而增加。

 

細(xì)菌

對(duì)于一些細(xì)菌來說,要著重區(qū)分是定植菌、污染還是真正的病原菌。對(duì)于非胞內(nèi)感染菌,因不同細(xì)菌間存在同源相似性,菌種間可信閾值差異較大,并且因不同實(shí)驗(yàn)室而有差異,因此鑒定報(bào)告應(yīng)給出具體菌種的陽性參考閾值,并列出背景菌作為參考;而對(duì)于胞內(nèi)感染菌,如結(jié)核分枝桿菌和軍團(tuán)菌的閾值相對(duì)較低,通常有1/100萬即可考慮可信,隨著序列數(shù)增加,其可信度逐漸增加,但達(dá)到30/100萬時(shí),其增量不再有增加可信度的意義。

 

寄生蟲

因?yàn)槟壳凹纳x的基因組參考數(shù)據(jù)庫種類不多,且寄生蟲生物的多樣性,作為真核生物,有很多與人基因組相似的元件,因此在判斷陽性時(shí)要特別要求序列的特異性(唯一比對(duì))。寄生蟲作為陽性判斷的閾值需在10/100萬以上,并且需要嚴(yán)格確認(rèn)序列的特異性。

 

罕見病原體的陽性價(jià)值

罕見病原體在報(bào)告中出現(xiàn)時(shí),需要進(jìn)一步確定其致病性及臨床特征,包括感染病灶的影像。罕見病原體的確認(rèn)需要進(jìn)一步調(diào)查患者病史,以確定其為動(dòng)物疫源或者環(huán)境疫源的流行病學(xué)證據(jù)。

 

污染與定植

在mNGS報(bào)告中,需要考慮取樣和樣本處理等環(huán)節(jié)帶來污染的可能性。例如:呼吸道肺泡灌洗液的樣本報(bào)告有大量的口腔菌,首先考慮取樣是否存在污染,其次考慮由于特殊原因造成的感染。但是如果存在非常多的背景微生物或者雜菌,且沒有1種或者幾種病原體占有主導(dǎo)量的優(yōu)勢(shì),可以間接考慮患者免疫狀態(tài)嚴(yán)重破壞,需要引起治療和護(hù)理上的重視。

 

參考文獻(xiàn):

李穎,麻錦敏.宏基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)在中重癥感染中的臨床應(yīng)用專家共識(shí)(第一版)[J].中華危重病急救醫(yī)學(xué),2020,32(05):531-536.

林東旭.宏基因組測(cè)序在臨床重癥感染患者尋找病原體中的應(yīng)用[J].臨床醫(yī)藥文獻(xiàn)電子雜志,2019,6(93):161.


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