宏基因组学在传染病防控中的应用进展北大核心CSCD

新发突发传染病暴发给全球公共卫生防控带来严峻挑战。快速识别致病病原体是应对新发突发传染病的首要问题,传统病原检测方法难以应对已知变异较大病原或未知病原,基于高通量测序的宏基因组学研究给病原识别鉴定带来了新的方法和思路。核酸提取、高通量测序和数据分析等关键技术方法不断发展,使宏基因组学成为新突发传染病防控的重要研究方向。宏基因组学可对传染病防控中的多种类型样本进行直接测序,获得高通量的测序数据,并结合病原核酸数据库,通过序列比对、变异进化分析等生物信息学方法,通过监测可疑样本对疫情暴发进行预测预警;识别传染病患者感染致病病原,为临床诊治提供指导;构建病原系统发育关系,追溯疫情潜在感染来源,最终实现新突发传染病病原的快速识别、分型、耐药及溯源分析。宏基因组学作为一项新兴技术,在传染病防控领域具有巨大潜力和发展空间。通过对宏基因组学在传染病病原监测、检测及溯源等方面的应用进展进行综述,以期为传染病防控提供新的视角。     

宏基因组学在传染病防控中的应用进展

新发突发传染病暴发给全球公共卫生防控带来严峻挑战。快速识别致病病原体是应对新发突发传染病的首要问题,传统病原检测方法难以应对已知变异较大病原或未知病原,基于高通量测序的宏基因组学研究给病原识别鉴定带来了新的方法和思路。核酸提取、高通量测序和数据分析等关键技术方法不断发展,使宏基因组学成为新突发传染病防控的重要研究方向。宏基因组学可对传染病防控中的多种类型样本进行直接测序,获得高通量的测序数据,并结合病原核酸数据库,通过序列比对、变异进化分析等生物信息学方法,通过监测可疑样本对疫情暴发进行预测预警;识别传染病患者感染致病病原,为临床诊治提供指导;构建病原系统发育关系,追溯疫情潜在感染来源,最终实现新突发传染病病原的快速识别、分型、耐药及溯源分析。宏基因组学作为一项新兴技术,在传染病防控领域具有巨大潜力和发展空间。通过对宏基因组学在传染病病原监测、检测及溯源等方面的应用进展进行综述,以期为传染病防控提供新的视角。     

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。     

二代测序在脓毒血症患者病原学诊断中的应用

脓毒血症是一种严重威胁生命的感染,精准、快速的病原学诊断可帮助临床医师优化抗菌药物的使用。目前,基于病原菌培养的方法仍是脓毒血症病原学诊断的主要手段,但具有耗时长、灵敏度低等不可忽视的缺点。近年来出现了一些不依赖培养的病原学诊断方法,其中基于聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)的方法已发展较为成熟。但PCR只能检测已知的特定病原体,临床定量PCR仅用于检测病毒及少数细菌,脓毒血症中的病原体PCR多仅为定性检测。目前,二代测序技术不断成熟并用于临床,成为病原学诊断的有力手段。与血培养等传统病原学检测方法相比,其具有快速、非选择性、可定量或半定量分析的优点。现阶段二代测序仍存在公认判读标准缺乏、测序结果与治疗关系不明确、耐药基因检测困难等不足,亦缺乏较大规模的二代测序与传统诊断方法比较验证的研究结果,尚有待更高级的循证医学证据支持。     

肺炎支原体实验室检测方法研究进展

肺炎支原体(Mycoplosma pneumonia,MP)为人类非典型肺炎的病原体,是引起呼吸道感染的重要病原体。但是支原体肺炎与其他病原体感染的肺炎,在临床症状、影像学上并无特异性差别,且其对一般治疗肺炎、上呼吸道感染的药物有耐药性,因此肺炎支原体及时、准确的实验室检测对于支原体肺炎的诊断治疗显得尤为重要。目前MP的实验室检测方法不断推陈出新,但各种方法均有其优势与不足,临床可选择两种不同的方法同时检测。比如:血清学抗体的检测结合MP快速培养药敏的方法;血清学抗体的检测结合PCR的方法,不同方法相互补充为临床的早期诊断、治疗提供依据。而MP药敏试验的检测和耐药机制的研究对于临床用药方案的选择,减少耐药株的产生和流行具有重要意义。     

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。     

宏基因组学技术在痤疮研究中的应用进展

高通量测序技术的发展提高了人们对微生物组的认识。宏基因组学技术因其全面和深入的分析功能被广泛应用于各种环境微生物组的研究中,尤其在阐明各种疾病与人体微生物组的关系中,宏基因组学技术具有重要作用。痤疮作为一种常见的皮肤疾病,严重影响人们皮肤美观度和心理健康。利用宏基因组学技术挖掘皮肤微生物与痤疮的关系,将有助于痤疮发病机理的研究和临床治疗方法的改进。通过介绍宏基因组学技术的发展背景、概述及其应用研究进展,探讨皮肤微生物与痤疮的关系,综述宏基因组学技术在痤疮研究中的应用现状,并总结目前宏基因组学技术在皮肤疾病研究中存在的问题,旨在为痤疮的宏基因组研究提供参考。     

病原宏基因二代测序在恶性血液肿瘤中的应用进展

病原宏基因二代测序(metagenomic next-generation sequencing,mNGS)是一种新兴的病原学检测方法，能够快速、无差异、无偏倚地对标本中所有微生物进行测序，从而显著提高了病原微生物的检出率。恶性血液肿瘤并发感染具有较高的发病率和病死率，并且其感染类型及致病微生物复杂多样，给临床诊断带来一定困难。针对不同类型的恶性血液肿瘤伴感染，mNGS都具备较高的临床诊断价值。本文综述了mNGS技术目前在恶性血液肿瘤中的应用现状及局限性，以期推动该技术在恶性血液肿瘤伴感染方面更好地应用。     

新型多重PCR方法及其在呼吸道病毒诊断上的应用

急性呼吸道感染广泛分布于人群中,主要由呼吸道病毒引起,在老年人和婴幼儿中具有较高的发病率和死亡率,给社会带来严重的经济负担。快速、准确检测出病原体对临床早期诊断和指导治疗有重要意义。多重聚合酶链式反应(PCR)技术具有PCR的高灵敏度和快速检测的特点,还能实现多病原的高通量检测。基于多重PCR技术开发的商业化试剂盒能同时检测12种以上的呼吸道病毒,能达到与实时荧光定量PCR(real-time PCR)相当的灵敏度和特异性,为呼吸道病毒的检测与分型提供了新的选择。本文综合了近年来的发展成果,对新型多重PCR方法的原理及其在呼吸道病毒诊断上的应用进行了综述。     

艾滋病合并马尔尼菲蓝状菌的诊治现状及研究进展

近年来,艾滋病合并马尔尼菲蓝状菌感染在早期诊断和抗真菌治疗方面均取得了一定进展。早期诊断方面,甘露糖蛋白双抗体夹心ELISA法和荧光免疫层析法均适用于临床急性期辅助诊断,具有高度特异性,但两者联合使用并未进一步提高检测敏感性和特异性;半乳甘露聚糖检测和血浆(1-3)-β-D葡聚糖检测有一定早期诊断价值;荧光定量PCR检测敏感性显著高于巢氏PCR法,但特异性较低。抗真菌治疗方面,两性霉素B诱导治疗期疗效明显优于伊曲康唑,但不良反应发生率高于后者,仍是诱导期首选治疗方案。回顾性研究及体外试验显示伏立康唑、泊沙康唑具有良好疗效,两者的临床应用价值仍有待进一步研究。     

全基因组测序在病原菌分型与溯源中的应用研究进展

细菌分子分型已成为监测细菌感染性疾病的暴发流行与明确病原菌传播途径的重要工具.随着全基因组测序技术的日益兴起,公共数据库中已产生大量的细菌基因组数据,迫切需要研究人员充分认识和理解该技术,并掌握多种生物信息学工具挖掘并解读测序数据.本文系统概述了全基因组测序技术与生物信息学工具在病原菌分型与溯源中的应用,并对全基因组测...     

The Application of Laser Microdissection in Molecular Detection and Identification of Aspergillus fumigatus from Murine Model of Acute Invasive Pulmonary Aspergillosis

Invasive aspergillosis (IA) is a major concern in patients with severe immune deficiency. As antifungal susceptibility varies in different fungal pathogens, accurate and timely identification of species is becoming imperative for guidance of therapy and reducing high mortality rates in patients with IA. But, in fact, the diagnosis is challenging and new validated techniques are required for the detection and identification of clinically relevant isolates. The laser capture microdissection (LCM) system enables analysis of cytologically and/or phenotypically defined cell types from heterogeneous tissue and has been used in diagnosis and fungal species identification in pulmonary aspergillosis of white storks. To establish the experimental foundation for clinical application of the system, we microdissected and collected Blankophor-stained single hyphal strands from tissue cryosections of murine model of invasive pulmonary aspergillosis (IPA) with A. fumigatus by LCM, subsequently processed for DNA extraction, PCR sequencing, and species molecular identification. The sensitivity of LCM–PCR sequencing was 89 % (89/100), and the specificity was 100 %. Moreover, the positive predictive value and negative predictive value were 100 and 78.43 %, respectively. The result approved that the LCM-based methods had the potential for accurately diagnosis and rapidly identification fungal pathogens of IPA.     

拉曼光谱技术在病原菌感染诊断中的应用进展

快速准确诊断感染性疾病病原体是遏制超级细菌传播和抗生素滥用的重要防线。目前,临床病原菌感染诊断十分依赖于培养手段,导致检测周期长达数日,不但影响了患者的及时诊治,还间接导致抗生素的滥用。拉曼光谱技术是一种无损、高灵敏的分子指纹图谱检测技术,近年来在生物学领域得到广泛应用,其具有的免培养、快速、高特异性、低成本等优点为病原菌感染的诊断提供了新方案。本文阐述了拉曼光谱技术的原理和特点,综述了其在病原菌鉴定和抗菌药物敏感性试验方面的应用进展。     

纳米孔测序技术在病毒性传染病检测及研究中的应用

快速、准确鉴定出病原体是临床感染性疾病诊断和传染病预防控制的基础。高通量测序基因检测技术突破了传统检测手段的时效性、灵敏度等的局限，为病原体检测和研究提供了便捷、高效的途径。本综述以高通量测序技术发展过程为基础，回顾纳米孔三代测序技术，及其在病毒性传染病检测鉴定及研究中的应用，并对该技术的应用前景及可能存在的问题进行阐述，期望它能在病毒性传染病的防控方面发挥更大的作用。     

MetaGeniE: Characterizing Human Clinical Samples Using Deep Metagenomic Sequencing

With the decreasing cost of next-generation sequencing, deep sequencing of clinical samples provides unique opportunities to understand host-associated microbial communities. Among the primary challenges of clinical metagenomic sequencing is the rapid filtering of human reads to survey for pathogens with high specificity and sensitivity. Metagenomes are inherently variable due to different microbes in the samples and their relative abundance, the size and architecture of genomes, and factors such as target DNA amounts in tissue samples (i.e. human DNA versus pathogen DNA concentration). This variation in metagenomes typically manifests in sequencing datasets as low pathogen abundance, a high number of host reads, and the presence of close relatives and complex microbial communities. In addition to these challenges posed by the composition of metagenomes, high numbers of reads generated from high-throughput deep sequencing pose immense computational challenges. Accurate identification of pathogens is confounded by individual reads mapping to multiple different reference genomes due to gene similarity in different taxa present in the community or close relatives in the reference database. Available global and local sequence aligners also vary in sensitivity, specificity, and speed of detection. The efficiency of detection of pathogens in clinical samples is largely dependent on the desired taxonomic resolution of the organisms. We have developed an efficient strategy that identifies “all against all” relationships between sequencing reads and reference genomes. Our approach allows for scaling to large reference databases and then genome reconstruction by aggregating global and local alignments, thus allowing genetic characterization of pathogens at higher taxonomic resolution. These results were consistent with strain level SNP genotyping and bacterial identification from laboratory culture.     

基因芯片技术在检测肠道致病菌方面的应用

基因芯片技术具有高通量、自动化、快速检测等特点,因此被广泛地应用于各种研究领域,如细菌分子流行病学、细菌基因鉴定、致病分子机理、基因突变及多态性分析、表达谱分析、DNA测序和药物筛选等。现介绍基因芯片检测肠道致病菌方面的国外研究进展,基因芯片应用于检测肠道致病菌的3个方面:结合多重PCR对致病菌的毒力因子或者特异性基因进行鉴定;直接检测细菌的DNA或者RNA;以致病细菌核糖体RNA作为检测的靶基因同时检测多种肠道致病菌。由于其检测的高效率,该技术要优于其他分子生物学检测方法。基因芯片技术在肠道致病菌检测中有着巨大的应用价值,具有广阔的应用前景。     

基于高分辨率熔解曲线的常见五种皮肤癣菌分子鉴定

皮肤癣菌是浅表真菌感染的重要致病菌,常见致病菌种包括红色毛癣菌、趾间毛癣菌、絮状表皮癣菌、犬小孢子菌和内弯小孢子菌。本研究基于实时荧光PCR的高分辨率熔解曲线分析技术,以几丁质合成酶1为目标基因设计扩增引物,对经测序鉴定的上述5种皮肤癣菌进行熔解曲线分析,并在方法建立后,对已鉴定的临床菌株进行验证。实验结果表明,使用该方法上述5种皮肤癣菌均能扩增,并表现出不同的熔解曲线和熔解温度值,可有效区分;对其余对照菌及人基因均无法扩增,特异性为100%;临床菌株的熔解曲线分析结果与DNA测序结果一致。本研究提供了一种快速、准确鉴别5种常见皮肤癣菌的方法,可为临床应用和分子流行病学研究提供参考。     

病原宏基因组高通量测序技术质量控制与评价的挑战和思考

病原宏基因组高通量测序技术理论上能够检测几乎所有病原体基因组核酸,且适用于几乎所有类型的临床样本,尤其适用于病原不明的疑难感染性疾病的诊断。因此该技术正逐渐成为实验室常规检测方法的重要补充和不可替代的项目。然而,基于该技术的诊断试剂不仅检测流程繁琐复杂、技术更新迭代速度较快,同时相关质量控制与评价的方法和标准也有待明确,这些因素均给该技术的临床转化应用、行业发展以及监管带来挑战和不确定性。文中简述了该技术的原理和优势,以及检测流程和关键质量控制环节,最后着重介绍了关于该技术的质量评价方法和标准的相关思考。