Metagenomische Next-Generation-Sequenzierung fördert die Erkennung von Atemwegspathogenen

Kürzlich, metagenomische Next-Generation-Sequenzierung (mNGS) wurde entwickelt und zeigt seine Überlegenheit in Bezug auf die Krankheitsdiagnose. Infektionen sind eine der Hauptursachen für den Tod bei kritisch kranken Patienten. Mit dem Auftreten neuer und arzneimittelresistenter Erreger sowie dem allmählichen Anstieg der immunsuppressiven Bevölkerung bleiben die Inzidenzrate und die Sterblichkeit von Infektionen hoch. Unter ihnen ist die Atemwegsinfektion eine der häufigsten Infektionsarten. mNGS wird aufgrund seiner breiten Abdeckung und der großen Menge an Informationen bei der Erkennung von Erregern von Atemwegsinfektionen in der Klinik weit verbreitet eingesetzt.

Anwendung von mNGS in der pathogenen Diagnostik von Atemwegsmustern

Die Anwendung von klinischem mNGS zur Diagnose von Atemwegsinfektionen verbessert die Ätiologiediagnose. Forscher führen eine Strategiebewertung und metagenomische Analyse der zwischen März 2017 und Oktober 2019 generierten mNGS-Daten durch. Gleichzeitig wurde die diagnostische Intensität von vier Probenarten bewertet, um den Typ zu bestimmen, der am besten für die Diagnose von Atemwegsinfektionen mittels mNGS geeignet ist. Das Ergebnis zeigte, dass die positiven prädiktiven Werte (PPVs) für die mNGS-Diagnose von Nicht-Mykobakterien, nicht-tuberkulösen Mykobakterien (NTM) und Aspergillus in Bronchoalveolärer Lavageflüssigkeit (BALF) offensichtlich höher waren, was die Wirksamkeit von BALF in der mNGS-Diagnose demonstriert. Lungengewebe und Sputum können als Proben ausgewählt werden, wenn der Verdacht auf eine Mycobacterium tuberculosis-Infektion besteht; Der Immunstatus des Wirts ist ebenfalls einer der Faktoren, die die Struktur der Mikroben im Atemweg beeinflussen, und die Nachweisrate von Herpesviren bei immungeschwächten Wirten ist höher. Diese bioinformatische Pipeline hilft erfolgreich bei der Interpretation von mNGS-Daten und reduziert manuelle Korrekturen für die Ätiologiediagnose.

Bewertung der mNGS-Leistung in vier Atemwegsspezimen und mehreren Pathogenkategorien.

Verteilung der Atemwegflora von mNGS in verschiedenen Probenarten

Klinische Anwendung der Makrogenom-Sequenzierung bei der Diagnose von Infektionen der unteren Atemwege

Untere Atemwegsinfektionen (LRTIs) sind die häufigste Todesursache in einkommensschwachen Ländern. Die Macrogenom-Sequenzierung der zweiten Generation (mNGS) hat eine hohe Durchsatzrate und kann mehrere Krankheitserreger gleichzeitig in Proben der Atemwege nachweisen, was die Einschränkungen traditioneller mikrobiologischer Nachweismethoden ausgleicht und in der Analyse klinischer Proben Anwendung gefunden hat. Die Studie sammelte Bronchoalveoläre Lavageflüssigkeitsproben von 162 Patienten und bewertete die diagnostische Wirksamkeit von mNGS bei LRTIs durch die Kombination mikrobiologischer Nachweise und umfassender Referenzstandards. Gleichzeitig wurde eine Transkriptanalyse bei den infizierten/nicht infizierten Gruppen, der bakteriellen/viralen Gruppe und der Tuberkulose/nicht-Tuberkulose-Gruppe durchgeführt, um die Marker für LRTIs, virale LRTIs und Tuberkulose zu erforschen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Sensitivität des mNGS-Nachweises durch die Optimierung der DNA-Extraktion und die Anreicherung der DNA-Konzentration in den Proben verbessert werden konnte. Die fünf in dieser Studie identifizierten differentiell exprimierten Gene (DEGs), die mit unteren Atemwegsinfektionen in Verbindung stehen, sind mit der Immunantwort auf Infektionen assoziiert. Aufgrund der relativ kleinen Stichprobengröße und der vorläufigen Natur dieser Analyse muss jedoch weiter untersucht und verifiziert werden, ob diese Gene als Marker zur Vorhersage von LRTIs verwendet werden können. Es ist wichtig, dass diese Studie die Vorteile von mNGS beim Nachweis und der Identifizierung von pathogenen Bakterien bei LRTIs bestätigt hat. mNGS kann Krankheitserreger nachweisen, die schwer zu kultivieren sind, was die Mängel traditioneller Kulturmethoden ausgleicht. Im Vergleich zu traditionellen Nachweismethoden kann mNGS mehr pathogene Mikroorganismen nachweisen, und die klinische Anwendung von mNGS wird das antimikrobielle Management von LRTIs unterstützen. Gleichzeitig erweitert mNGS das Spektrum der Pathogennachweise bei LRTIs, was für die gezielte Behandlung von Patienten hilfreich ist.

In-house mNGS-Assay-Workflow

Klinische Anwendbarkeit von mNGS zur Identifizierung von Erregern bei LRTI

Die schnelle Identifizierung des Erregers ist der Schlüssel zur frühzeitigen Erkennung und Behandlung von Atemwegserkrankungen. Metagenomische Next-Generation-Sequenzierung (mNGS) hat eine breite Abdeckung und eine große Menge an Informationen zur Erkennung von Krankheitserregern bei Atemwegserkrankungen, was eine sehr wichtige Rolle bei der frühen Erkennung von Atemwegserregern spielt, insbesondere bei der schnellen Diagnose von Erregern neuer Infektionskrankheiten. In Zukunft hat es breite Anwendungsperspektiven und wird uns helfen, mehr Informationen über Atemwegserkrankungen zu gewinnen.

Referenzen:

1. Miao, Qing u. a. "Bewertung von Atemproben in der ätiologischen Diagnose und Mikrobiomcharakterisierung durch metagenomische Sequenzierung." Atemwegsforschung Bd. 23,1 345. 14. Dez. 2022
2. Chen, Hongbin u. a. "Klinische Nützlichkeit der hausinternen metagenomischen Next-Generation-Sequenzierung zur Diagnose von Infektionen der unteren Atemwege und Analyse der Immunantwort des Wirts." Klinische Infektionskrankheiten: eine offizielle Veröffentlichung der Infectious Diseases Society of America Bd. 71, Suppl 4 (2020): S416-S426.
3. Yang, Lei u. a. "Metagenomische Next-Generation-Sequenzierung zur Diagnose von pulmonalen Pilzinfektionen: Lungenbiopsie versus bronchoalveoläre Lavageflüssigkeit." Infektion und Arzneimittelresistenz Bd. 14 4333-4359. 20. Okt. 2021.