临床宏基因组学应用现状及存在问题分析

众所周知,宏基因组学是一种通过提取样品中微生物的总DNA,构建宏基因组文库,研究环境中全部微生物的遗传组成及其菌落功能的方法。而宏基因组新一代测序(metagenome next-generation sequencing, mNGS)是在宏基因组学基础上进一步发展起来的新一代测序技术,无需对患者标本进行培养,直接分析标本中的微生物DNA或RNA。本文介绍了宏基因组学在临床上的应用,包括传染病的诊断、疾病和健康状态下的微生物组分析、人类宿主反应分析和肿瘤相关病毒及其基因组鉴定,并简要探讨了临床宏基因组学研究中所遇到的挑战及解决方法。     

宏基因组学二代测序技术在感染性呼吸系统疾病病原体诊断中的应用进展

呼吸系统感染发病率高,早期明确感染的病原体是提高治愈率、降低死亡率的关键。目前病原体培养仍是临床病原学诊断的主要方式,但其敏感性低、耗时较长,不利于早期诊断和治疗。宏基因组学测序技术具有覆盖病原体广泛、快速、无偏倚、无需特异性扩增的优势,在鉴定罕见、混合感染、免疫抑制患者感染和常规检测方法难以检测到病原体的诊断中有较高的临床应用价值;但其也有特异性较低、公认判读标准缺乏、测序结果与治疗关系不明确、耐药基因检测困难、价格较高等不足。在临床应用中,宏基因组学测序与传统微生物检测技术具有相互补充的作用,两者结合使用能够提高临床诊断效能。本文就近年来宏基因组学测序方法在临床的应用进展进行综述。     

数字PCR及其在现代医学分子诊断中的应用

数字PCR(digital PCR,dPCR)技术被认为是精确定量核酸分子的全新技术手段,因为具有较高的灵敏度和特异性等特点而得到迅速发展。数字PCR在临床上的多个领域展现出良好的应用前景,比如肿瘤液体活检、器官移植物损伤评估、无创产前筛查、病原微生物分子诊断以及二代测序文库质控和结果验证等。本文就数字PCR在上述领域中的应用研究及其进展进行综述。     

乳及乳制品中病原微生物溯源技术研究进展

牛奶营养丰富,素有"白色血液"之称,随着公众对食源性疾病原因和来源问责制的需求增加,准确追踪特定食源性病原微生物在暴发过程中所经过的途径变得越来越重要。微生物溯源研究有助于人们更深入地了解病原微生物种群结构及其多样性的起源和进化,为病原微生物的检验、流行监测、综合防治等研究提供重要的信息资料和科学依据。在牛奶中病原微生物溯源技术研究中,光谱技术、质谱技术、分子方法、全基因组测序等方法均发挥了重要作用。本文根据近年国内外相关文献资料,对检测奶及奶制品中病原微生物常用溯源技术的原理和应用进行了概述。     

宏基因组二代测序技术在微生物群抗微生物药物耐药基因研究中的应用现状和研究进展

抗微生物药物耐药性（antimicrobial resistance,AMR）是一个跨地区、跨领域和跨学科问题,涉及临床医学、动物医学、环境健康学及政策研究等,全球各地均面临着严峻的AMR局面。随着生物技术的发展,宏基因组二代测序技术（metagenomic next generation sequencing,mNGS）的出现为抗微生物药物耐药基因（antibiotic resistance genes,ARGs）的研究带来了巨大突破和转机。本文阐述了研究AMR的重要性和mNGS技术的发展现状,分别总结了mNGS技术在人、动物和环境领域ARGs研究的应用现状,并对基于宏基因组测序的ARGs在人-动物-环境界面的多生境和多层面研究进行了展望。     

高通量测序在病原微生物耐药方面的应用进展

高通量测序是一种高效、准确、价廉的新型测序技术,随着近年来的不断推广,逐渐进入不同的研究领域。目前,多重耐药菌的感染给患者和社会增加了巨大负担,耐药机制和抗菌药物的研发是科学研究的热点之一。高通量测序技术也开始在病原微生物耐药方面发挥了巨大作用,尤其是在耐药机制研究方面,解决了一些用现有的技术无法解决的问题。本文从病原菌鉴定、耐药机制、药物新靶标、耐药菌流行病学以及用药指导等方面阐述了高通量测序在病原微生物耐药方面的应用及进展,重点讨论了耐药机制和抗菌药物新靶标进展以及现阶段存在的问题。高通量测序技术不断发展,尤其是进入病原微生物研究领域后延伸出新的研究技术和方法,随着相关的生物信息学的进步,此项技术应用将会更加广泛。     

新型冠状病毒肺炎与mNGS技术

新型冠状病毒肺炎(Coronavirus Disease 2019,COVID-19)是指2019新型冠状病毒(Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2,SARS-CoV-2)感染导致的肺炎。截至2020年5月21日已造成全球超过496万人感染、30万人以上死亡。宏基因组下一代测序(metagenomic next-generation sequencing,mNGS)技术是在发现和检测新冠肺炎中发挥重要作用的技术。本文介绍了mNGS在新冠肺炎疫情中的作用及核心技术特点,并为mNGS在抗击全球疫情中的应用做出技术性归纳总结。     

单细胞测序技术在传染病及微生物领域的应用研究进展

单细胞测序技术正逐渐成为生物学基础研究的“必备工具”,为我们理解各种生物学现象带来革命性的洞见。很多传染性疾病均涉及免疫细胞的差异化功能,而这些免疫细胞之间具有较大的异质性。与传统的批量高通量测序相比,近年来新兴的单细胞转录组测序使得研究者能够分析感染过程的免疫细胞异质性,充分挖掘珍贵的临床样本的分子信息,还能获取难以培养的病原微生物的遗传信息。本文着重介绍了当前单细胞测序在传染性疾病及病原微生物研究领域中的应用情况,并对其发展前景做了简要展望。     

宏基因组测序在中枢神经系统感染性疾病诊断中的应用及研究进展

中枢神经系统(central nervous system,CNS)感染是指由病毒、细菌或真菌等侵染中枢神经系统引起的急性或慢性炎症性(或非炎症性)疾病,致死率高,易引发严重后遗症。由于检测通量及灵敏度的限制,一半以上的中枢神经系统感染患者无法通过常规检测方法确定病原体。宏基因组测序是一种新兴的病原检测技术,能够极大地提升病原检出率。当前部分临床医生及相关从业人员对宏基因组测序的认识存在不足,限制了其在临床诊疗中的快速推广和应用。本文系统介绍了宏基因组测序整体流程,综述了该技术在中枢神经系统感染性疾病诊疗中的发展历程和最新研究进展,希望为中枢神经系统感染性疾病的诊断和治疗提供参考。     

食源性致病菌高通量检测方法及应用

食源性致病菌的体外培养一直是病原体诊断的金标准,但按照目前的培养技术仅有1％的细菌可以培养.目前用于病原微生物鉴定的高通量检测技术主要有:多重PCR技术、实时荧光定量PCR技术、核酸等温扩增技术、焦磷酸测序技术和芯片技术等,本文介绍了这些高通量检测技术及其在食品病原微生物检测方面的应用情况.     

Th1/Th2与PCT检测在感染性疾病诊断中的临床应用

病原微生物引起的感染性疾病是临床中极为常见的一类疾病,此类疾病的预后主要取决于感染的病原微生物类型及疾病的严重程度。早期诊断和积极干预可在很大程度上改善感染性疾病患者的预后。因此,快速、有效地识别感染的病原微生物并对其进行靶向治疗,避免抗生素的滥用显得尤为重要。Th1/Th2在感染性疾病中的作用越来越得到重视,而降钙素原(PCT)是临床感染性疾病诊断和鉴别诊断的早期指标,且具有高度的敏感性和特异性。Th1/Th2和PCT的联合检测对感染性疾病的诊断、病情评估和疗效监测都具有重要的意义。     

下一代测序技术在传染病耐药性研究中的应用

近几年,下一代测序技术(next-generation sequencing,NGS)获得了令人瞩目的进步,该技术正革命性地改变整个生物医学研究的生态。病原微生物在临床中的耐药现状已经十分严峻,而NGS可以让人们深入理解病原微生物及其在人体的耐药突变机理,从而对医药研究产生了颠覆性的影响。现主要分析了NGS技术的主要技术原理和优缺点,并对其在疟疾、艾滋病、肝炎、结核病和流感的抗药性基因的检测中的应用研究进行了综述,同时分析了NGS技术在以上几种传染病耐药性的研究现状,最后对NGS技术在耐药性研究的应用前景进行了展望。     

生物芯片技术在微生物学中的应用研究进展

生物芯片技术是20世纪后期发展起来的新技术,在生命科学的各个领域逐渐得到广泛应用。本文就该技术在微生物学领域,特别是在病原微生物检验、病原微生物的基因组和基因变异性及基因多态性分析、病原微生物的致病机制、病原微生物感染后宿主机体基因表达的变化等方面的应用进行总结。     

微生物基因组序列测量及其重大意义

微生物基因组测序不仅可使人们更好地了解病原微生物的致病机制以及它们与宿主的相互关系,促进寻找更灵敏及特异的病毒原微生物的诊断,分型手段,而且为临床筛选有效的药物及发展疫苗提供参考,此外,它还能提高对人类相关基因功能的认识,为探讨人类遗传性疾病机制提供参考,本文就微生物序列测定重大的理论及应用价值作一简要概述。     

荧光原位杂交技术在医学微生物学中的应用

以16S rRNA 为靶序列的寡核苷酸探针荧光原位杂交技术已广泛应用于分析复杂环境中的微生物群落构成,包括监测和鉴定病原微生物以及未被培养微生物．通过对临床样品中微生物细胞的检测能提供微生物在人体中的种类、数量和空间分布等信息．其结果快速准确,较之传统的病原微生物诊断方法具有明显的优越性,在临床应用中有广泛的前景．     

利用MALDI-TOF MS对血流感染病原菌快速鉴定的研究进展

基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)是近年来发展起来的一种非常重要的病原微生物鉴定方法,在临床微生物实验室的应用具有划时代的意义.除了有较高的准确性外,它的最大优点是能在很短时间内完成病原微生物的鉴定.在临床血流感染的诊断中,结果报告的准确性和及时性至关重要,MALDI-TOF MS具有高效准确,快速简便的特点,有可能成为传统血流感染病原菌检测的替代或补充方法.随着质谱数据库和分析软件的完善,MALDI-TOF MS目前能鉴定超过80％的阳性血培养病原菌.然而它还需要不断改进,包括建立前处理程序的标准化,详尽全面的数据库以及分析软件的优化.不远将来,它将更加简便、快速、准确,为血培养中病原菌的诊断提供更有力支持.     

单分子测序技术在肿瘤诊断中的应用研究进展

肿瘤的发生发展通常与多个基因的遗传突变、表达异常有关,全面深入地分析肿瘤基因组、转录组及表观遗传组学对于快速剖析疾病特定基因簇及修饰位点至关重要。之前,研究者们主要采用第二代测序技术进行有效信息的挖掘,然而随着研究的不断深入,第二代测序技术表现出诸如序列拼接困难、低丰度难以检出等缺点。因此,单分子测序技术以其独特的优势应运而生,文中主要对单分子测序技术在几种常见肿瘤中的研究现状进行了综述,并展望了其在临床诊断中的应用前景。     

新一代测序技术在临床检测中的应用

新一代测序技术在问世不到十年的时间里,大大推动了基因组学研究的发展。新一代测序技术因其高通量、快速、单碱基成本低等特点,自问世以来便广泛应用于生物学基础研究中。近年来,随着各种新测序平台和技术的成熟以及对基因组知识的积累,新一代测序技术在分子检测、临床诊断等应用研究领域也开始崭露头角。本文简要综述了新一代测序技术平台以及在肿瘤、遗传病、复杂性疾病等检测和诊断中的应用和前景。     

单细胞基因组测序技术新进展及其在生物医学中的应用

随着单细胞基因组测序技术的建立与发展,对细胞基因组特征的分析进入了单细胞水平。单细胞的基因组分辨率不但使研究人员能够在单细胞尺度上分析肿瘤细胞的异质性,也使得传统上难以检测的稀有细胞的基因组研究成为可能。这些稀有细胞往往具有重要的生物学意义或临床价值,如癌症患者血液中循环肿瘤细胞(circulatingtumorcell,CTC)的基因组检测或三代试管婴儿植入前胚胎细胞的遗传缺陷诊断与筛查(preimplantation genetic diagnosis/screening, PGD/PGS)。本文总结了近年来发展的各种单细胞基因组扩增技术及其优缺点,并介绍了单细胞基因组测序技术在肿瘤生物学和临床检测中的应用,以期为单细胞基因组测序技术在临床检测中应用开发提供参考。     

DNA微阵列技术在细菌感染后宿主反应研究中的应用

感染性疾病是病原微生物和宿主紧密相互作用的结果。深入理解宿主对病原微生物感染发生反应的分子基础是预防感染性疾病发生和组织损伤的必要条件。本文通过介绍体内、体外2种感染模型中宿主对细胞内和细胞外致病菌感染后的基因表达谱变化,简述了DNA微阵列技术在病原菌一宿主相互作用中宿主反应研究中的应用。