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科研动态

AJRCCM:潜藏的病原体,可以用宏基因组测序“揪出”吗?
发布时间:2018-02-02 17:45   点击率:

导读
下呼吸道感染(LRTI),是导致接受造血细胞移植(HCT)患者住院治疗和死亡的主要原因。尸检研究表明30%的HCT病人都有未被发现的肺部病原体感染现象,而肺部病原体感染可能就是导致他们死亡的主要原因。目前的微生物学诊断在灵敏度、速度和数量方面的局限,使得大多数情况下的肺部病原体感染的病因不能被鉴定,进而使得靶向治疗难以实施。为了满足LRTI诊断的需求,本文评估了宏基因组二代测序(mNGS)在HCT人群中检测LRTI的应用。


文献ID
题目:Metagenomic Sequencing Detects Respiratory Pathogens in Hematopoietic Cellular Transplant Patients
译名:宏基因组测序检测造血细胞移植患者的呼吸道病原体
期刊:American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine    
发表时间:2017年7月       IF:13.204
通讯作者:Charles Langelier
通讯单位:加利福尼亚大学


材料与方法
实验设计
样本: 随机选取2012年1月-2013年5月期间22名(19-69岁)接受移植手术后患有急性呼吸道疾病而住院治疗的HCT患者为研究对象。
方法:对患者的肺泡灌洗样本中微生物DNA和cDNA进行高通量双端测序,测序读长135 bp。

 

测序区域及平台
宏基因组测序,Illumina HiSeq 4000
宏基因组检测病原体流程如图1所示:


 

图1. 病原体检测工作流程概述



研究成果
群体特征与临床结果
HCT病人中最常见的移植适应症是患白血病(n=12)和淋巴瘤(n=8),大多数病人接受的是同种异体HCT (n=20)和清髓性移植(n=20),57%的病人存在发烧现象,所有的病人都存在系统性炎症反应。

 

抗菌药物的使用
所有的研究对象在感染症状出现之前都接受了抗菌剂的预防治疗。具体用药情况见表1。

 

表1. 人口统计、临床、微生物和诊断数据

 

临床生物学研究结果
利用临床诊断标准方法在7个患者的支气管肺泡灌洗样品中检测出微生物,其中6个患者的微生物被认为是病原体。

 

二代测序研究结果
mNGS共鉴定出10种RNA病毒,10种DNA病毒,以及一些通常被认为非致病性的细菌(mNGS鉴定出标准临床诊断检测到的所有7种微生物)。

 

微生物多样性和病原体检测之间的关系
有报道表明,呼吸道微生物群落的多样性可以作为感染的生态标志,因而对所有样本中微生物的α多样性进行评价。结果发现,在确诊携带呼吸道病原体的患者中,微生物的多样性显著降低(图2)。


图2. BAL微生物多样性与呼吸性病原体存在负相关


宿主基因表达分析
试验结果表明,携带呼吸道病原体的患者,其免疫相关基因的表达明显增强,所以根据呼吸道感染部位液体中的基因表达,可以将感染患者与非感染患者区分开来(图3)。

 

图3. 宿主免疫反应多基因指标的表达与LRTI病原体的检测相关


研究结论
1. mNGS鉴定出标准临床诊断检测到的所有微生物。
2. mNGS检测出6名临床诊断为非感染患者的LRTI病原微生物,并得到后续实验验证。
3. mNGS检测到10名临床诊断为非感染患者中的不确定致病微生物。
4. 携带呼吸道病原体的患者微生物群落多样性显著降低。
5. 携带呼吸道病原体的患者免疫相关基因的表达明显增强,以此可以将感染患者和非感染患者区分开。


亮点
与传统的诊断方法相比,宿主/病原菌的mNGS加强了对HCT患者BAL中微生物病原体的检测,此外还能同时看到病原体与免疫基因表达之间的联系。宿主/病原菌的mNGS在精确诊断HCT患者呼吸道感染方面有着很好的前景。

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