解读新英格兰mNGS脑膜炎多中心研究之技

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导读

6月13日，美国加州大学CharlesChiu团队使用SUPRI+平台进行脑膜炎临床应用多中心研究，研究成果在新英格兰医学杂志发表。微远基因在年4月推出IDseq?，引领病原宏基因组学进入2.0时代。本文对SUPRI+与IDseq?从测序数据量、数据库、判读规则和检测周期等方面进行对比。

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测序平台与数据量

SUPRI+与IDseq?技术参数对比如下:

技术参数

SUPRI+

IDseq?

测序平台

IlluminaHiSeq

IlluminaNextSeq

测序数据量

5M-10M

15~20M

测序读长

SE

SE75

检测周期

96小时

24小时

微远生物信息团队对IDseq?测序数据量进行了建模评估，得到了如下图的评估结果。从图中可以看出，随着测速数据量的提升，检测到3条特异性目标微生物序列的概率迅速上升，而在25M左右时，数据量对目标菌种检出概率的影响趋于饱和。当测序数据量为20M时，检测到3条目标菌种特异性序列的概率可以达到98%。

测序数据量与目标菌种的检出关系图

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参考基因组与比对算法

CharlesChiu团队开发了SUPRI+分析流程，将去除人源宿主的数据与GenBank核酸序列数据库（NT）进行比对，具体流程如下：

IDseq?的开发过程涉及如下两个方面的优化：

1）对物种不同的菌株基因组进行鉴定，剔除了错误分类的菌株，去除冗余后得到了包含丰富的菌株信息的高质量基因组。

2）对组装质量进行了评估和污染判断，过滤掉了低质量Contigs和污染序列，从源头上保证了数据库的高可信度。

IDseq?数据库包含了种“大而全”的科研级别微生物数据库，更近一步开发了包含种的临床可报级别数据库(CRP,ClinicalReportablePathogens)，该数据库的基因组信息与临床数据更加深入完整，可避免临床主要病原体的错报和漏报。

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判读规则

在报告阈值方面，SUPRI+与IDseq?报告阈值有相同之处，如病毒的阈值定为3条，需要参考阴性对照等。IDseq?进一步通过构建人体微生态数据库、试剂工程菌数据库以及设置针对不同菌群的基线，能够实现较为明确的区分检测样本中的疑似致病菌、人体微生态菌群和试剂工程菌，通过智能算法呈现样本中的微生物，最终给出较为明确的检测判读结果。

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RNA病毒检测能力

在多中心研究的例样本中，SUPRI+检出了4例肠道病毒，而中国-年的脑脊液多中心研究未涵盖RNA病毒。IDseq?优化提升了宏转录组流程，显著提升了RNA病毒的检测能力。目前IDseq?检出RNA病毒占比32%，以甲型流感病毒H1N1、人类冠状病毒、人类副流感病毒、人呼吸道合胞病毒为主。在脑脊液样本中检出了埃可病毒11型、埃可病毒30型，柯萨奇病毒B5型等肠道病毒。

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检测周期(TAT)

SUPRI+样本检测周期为96小时，检测周期较长可能对该多中心的临床干预效果造成一定影响。目前IDseq?的检测周期被提速至24小时，协助临床快速诊断。

结语

国内病原宏基因组学研发和临床应用进展迅速，与国际同步，在临床大样本与特殊案例方面具备了领先优势。未来关于方法学评估的研究将会持续进行，进一步细分到不同的感染领域，以大样本和大数据为基础，对病原宏基因组学方法进行持续优化与规范，推进感染精准医学。

参考文献

[1]WilsonM.R.,etal..Clinicalmetagenomicnextgenerationsequencingfordiagnosisofinfectiousmeningitisandencephalitis.NEnglJMed.

[2]Fan,S.,etal.().MetagenomicNext-generationSequencingofCerebrospinalFluidfortheDiagnosisofCentralNervousSystemInfections:AMulticentreProspectiveStudy.bioRxiv,.