Die Anwendung der Nanoporen-Sequenzierung in der Tuberkuloseforschung

Die Nanoporen-Sequenzierungstechnologie wurde von Oxford Nanopore Technologies Ltd. entwickelt und ist das leistungsstärkste Verfahren zur schnellen Erzeugung von Langsequenzen. Aufgrund der unbegrenzten Leselänge und der Portabilität des Systems, Nanoporen-Sequenzierung öffnet die Möglichkeit für wettbewerbsfähige Kosten in der Echtzeit-Sequenzierung und Datenanalyse. Eine der Hauptanwendungen in medizinischen Szenarien ist die schnelle Diagnose von Infektionskrankheiten, die das Potenzial hat, unsere Fähigkeit zur Diagnose, Untersuchung und Verfolgung von Infektionskrankheiten zu verbessern, um Patienten rechtzeitig und genau zu betreuen und Behandlungsentscheidungen zu treffen.

Das Prinzip der Nanoporen-Sequenzierung

Infektionskrankheiten sind die Hauptursache für die globale Inzidenzrate und Sterblichkeit und stellen eine enorme Belastung für die öffentliche Gesundheit sowie eine wachsende Bedrohung für die menschliche Gesundheit weltweit dar. Aufkommende klassische wiederkehrende Erreger oder Erreger mit Arzneimittelresistenzmerkmalen stellen eine Herausforderung für unsere Fähigkeit dar, Infektionskrankheiten zu diagnostizieren und zu kontrollieren. Die Behandlung von Malaria, Tuberkulose und Infektionen mit dem humanen Immunschwächevirus ist besonders herausfordernd, wie die anhaltende Verbreitung und die hohen Sterblichkeitsraten dieser Krankheiten zeigen.

Mycobacterium tuberculosis ist ein Pathogen, das die öffentliche Gesundheit gefährdet und Tuberkulose verursacht. Die Nanoporen-Sequenzierung kann auch den Methylierungsstatus identifizieren, was wichtig ist, da epigenetische Modifikationen in M. tuberculosis sind mit Arzneimittelresistenz, Virulenz und der Regulierung von Genexpressionsprofilen assoziiert. Kürzlich haben die Reduzierung der Fehlerquote, die Aktualisierung der Durchflusszytometrie, die Verringerung der benötigten DNA-Menge für den Input und das schnellere Bibliotheksvorbereitungsverfahren erneutes Interesse an ihrer Anwendung in der Tuberkuloseforschung und klinischen Anwendung geweckt. Derzeit hat es viele Probleme in den Forschungs- und Klinikbereichen der Tuberkulose gelöst.

Die Vorteile der Nanoporen-Sequenzierung in der Tuberkuloseforschung

(1) Der Bau der Bibliothek ist einfach, und der Bau der Bibliothek dauert im besten Fall nur 10 Minuten.

(2) Aufgrund der geringen Hardwareinvestition, des einfachen Betriebsprozesses, der Kompatibilität mit automatisierter Bibliotheksvorbereitung und der kontinuierlichen Verbesserung der Sequenziergenauigkeit der Nanopore-Sequenzierungsgeräte wird es auch eine zunehmend wichtige Rolle bei der Detektion von spielen. M. tuberculosisinsbesondere die damit verbundene Erkennung von Arzneimittelresistenzen, die den klinischen Prozess der Anwendung der Nanopore-Sequenzierungstechnologie bei der Detektion erheblich beschleunigt hat M. tuberculosis.

(3) Die Sequenzierungsgeschwindigkeit ist schnell, und die Sequenzierung sowie die Datenanalyse können im besten Fall innerhalb von 1 Stunde abgeschlossen werden.

Die wichtigsten Stärken der Nanopore-Sequenzierung sind die wettbewerbsfähigen Kosten pro Probe bei der Multiplexierung, die Möglichkeit einer biasfreien PCR-Bibliotheksvorbereitung, kaltkettenfreie Sequenzierungsreagenzien, schnelle Bearbeitungszeiten, die Verwendung von langen Reads zur Auflösung komplexer genomischer Loci und die Fähigkeit, den Methylierungsstatus zu untersuchen.

(5) Die Nanoporen-Sequenzierung hat viele biomedizinische Studien ermöglicht, indem sie ultralange Reads von einzelnen DNA/RNA-Molekülen in Echtzeit bereitstellt. Mit der Nanoporen-Sequenzierung kann ein einzelnes Molekül DNA oder RNA sequenziert werden, ohne dass eine PCR-Amplifikation oder chemische Markierung der Probe erforderlich ist.

Der Sequenzierungsansatz von Mycobacterium tuberculosis unter Verwendung der Sequenzierungsplattform von Oxford Nanopore Technologies

Zukünftiger Anwendungswert der Nanopore-Sequenzierung in der Tuberkuloseforschung

Die niedrigen Investitionskosten und die Portabilität der ONT-Hardware, die Vereinfachung und Automatisierung der Schritte zur Proben- und Bibliotheksvorbereitung bei der Verwendung von VolTRAX sowie die kontinuierliche Verbesserung der Sequenziergenauigkeit deuten darauf hin, dass ONT in Mykobakterienforschungslabors von großem Wert ist, insbesondere für die Erkennung von Arzneimittelresistenzen. Noch spannender ist, dass das Nanopore-Sequenzieren die Fähigkeit der Forscher beschleunigen könnte, direkt aus Sputumproben zu sequenzieren, und die Forschungsanwendungen erweitern könnte in M. tuberculosis Sequenzierung über das hinaus, was mit kurzen Leseanalysen möglich ist, indem Epigenetik und Untersuchungen der Rolle von repetitiven Elementen und komplexen Regionen des M. tuberculosis Genom. Die Nanopore-Sequenzierung hat unsere Fähigkeit verbessert, komplexe Studien zu betreiben. M. tuberculosis Proben, die es ermöglicht haben, mehrere zuvor ungelöste Probleme anzugehen.

Aufgrund seiner natürlichen Vorteile in der epigenetischen Detektion, der Sequenzierung von Genom-Wiederholungselementen und anderen speziellen Sequenzen, als Ergebnisse der Forschung zur Anwendung der Nanopore-Sequenzierungstechnologie auf die Detektion von M. tuberculosis Jahr für Jahr wird angenommen, dass die Nanopore-Sequenzierungstechnologie allmählich in den klinischen Nachweisbereich im Zusammenhang mit Tuberkulose eintreten wird, was in Zukunft größere Beiträge zu mehr öffentlichen Gesundheitsinitiativen leisten wird.

Referenzen:

1. Zhang, Lu Lu u. a. "Anwendung der Nanoporen-Sequenzierungstechnologie in der klinischen Diagnose von Infektionskrankheiten." Biomedizinische und Umweltwissenschaften: BES Bd. 35,5 (2022): 381-392.
2. Chan, Wai Sing u. a. "Schnelle und kostengünstige Profilierung der Arzneimittelresistenz mit Nanopore MinION für klinische Proben mit geringer bakterieller Belastung von" Mycobacterium tuberculosis. BMC Forschungsnotizen Bd. 13,1 444. 18. Sep. 2020.
3. Dippenaar A, Goossens SN, Grobbelaar M, u. a. Nanoporen-Sequenzierung für Mycobacterium tuberculosisEine kritische Überprüfung der Literatur, neue Entwicklungen und zukünftige Möglichkeiten. Journal für Klinische Mikrobiologie2022 Jan;60(1): e0064621.
4. Wang, Yunhao u. a. "Nanoporen-Sequenzierungstechnologie, Bioinformatik und Anwendungen." Nature Biotechnology Bd. 39,11 (2021): 1348-1365.