专家说丨面对疑似感染病例,tNGS与mNGS该怎么选?

本文刊登于《中华预防医学杂志》期刊,通信作者为四川大学华西医院的周永召教授


文章着重将tNGS与mNGS的原理、优缺点、临床应用场景等方面进行对比,以期为临床医生在感染性疾病病原体鉴定方法的选择方面提供思路和参考。



要点速览


技术&应用场景

mNGS


定义:

mNGS是指无需预设,直接对样本中所有核酸序列进行高通量测序的方法。一次性完成细菌、病毒、真菌和寄生虫等微生物检测。


感染应用场景:

可检测罕见、新发、混合病原感染,解决免疫力低下患者临床病原诊断相对复杂耗时(易感染,共感染,基于免疫检测的方法抗体反应弱)的问题。


此外,mNGS在菌株分型、毒力与耐药基因检测、医院感染监测、社区传染性疾病暴发监测等方面具有巨大的潜力,可以为临床诊断及治疗提供高效精准的病原学依据。


tNGS


定义:

tNGS是指在文库制备之前通过对样本中目标核酸序列富集扩增后再进行高通量测序的方法。


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tNGS富集法

可分为杂交捕获法靶向扩增靶向降解三大类。


杂交捕获法

以液相杂交为主。液相杂交为探针、核酸序列在液体环境中进行杂交捕获富集,然后将非特异性结合的核酸序列洗涤去除,最后对纯化后的文库进行扩增富集。


优点:灵敏度和特异性较高,可以实现对目标核酸序列的大范围捕获富集且均一性较好。


不足:无法捕获相对未知的序列、基因组的覆盖度较局限且不同探针之间可能存在干扰等。



靶向扩增法

靶向富集主要为多重PCR扩增技术,设计针对靶向序列的多重PCR引物,通过同时或连续的周期性复制来扩增目标核酸序列。


优点:操作简单、成本低,灵敏度高。


不足:扩增覆盖均一度较差,多对引物间因亲和力不一致而存在互相干扰等,其检测范围具有局限性。



靶向降解法

靶向降解是指通过不同的方法从样本中去除不需要的背景序列或者人源性序列,又叫做负向扩增,如使用CRISPR‑Cas系统选择性去除非目标核酸序列后进行靶向序列的扩增,构建符合要求的数据库,可降低样本信息的复杂程度。目前应用较少。



感染应用场景:

tNGS则能够在一次检测中获得更多的信息,有利于合并感染和复杂感染的检测,同时tNGS可以检测到极低数量或常规检测方法阳性率较低的病原体。


tNGS在病原体检测和耐药诊断方面具有临床应用潜能,已被应用于结核病、甲型流感病毒、巨细胞病毒病原体的检测和耐药性评估中。



mNGS VS tNGS

①技术特点:

mNGS:

对检测样本中所有核酸序列进行测序。


tNGS:

对检测样本中特定基因进行靶向测序。



②优势:

mNGS:

无偏倚地检测样本中所有的遗传信息,提高检测罕见和未知病原体的能力。


tNGS:

不受人类基因组的影响、检测成本低。



③局限性:

mNGS:

宿主及背景菌序列的干扰、无法区分感染和定植微生物等。


tNGS:

依赖于设计的数百到数千个核苷酸探针,富集过程易引入污染,且检测范围具有局限性,不能检测新病原体。



④工作流程:

mNGS:

mNGS的技术要求较低,但需要复杂的生物信息学分析。


tNGS:

tNGS的工作流程需要更多的时间和试剂来制备文库,但简化了生物信息学分析。

▲tNGS与mNGS工作流程对比




⑤时间&成本:

mNGS:

时间相对较长(24~36h),成本较高。


tNGS:

时间相对较短(8~16h),成本更低。



⑥临床应用:

mNGS:

在罕见、新发病原体检测和多重病原体感染等临床应用场景中具有临床价值。


tNGS:

提高了胞内病原体、真菌的检测能力,尤其是对RNA病毒(如新冠病毒)具有应用优势。



⑦改进方向:

mNGS:

需要改善读码质量以及建库时GC含量高的细菌容易漏检等问题。


tNGS:

需要进一步优化引物体系和引物比例,减少引物二聚体的干扰。



总结与讨论

对于疑难复杂感染或新发病原体感染的患者,推荐使用mNGS进行病原体检测,对于有明确病原体倾向性的患者,可使用tNGS进行辅助诊断。


也可以同时或者先后采用多种方法,如新发病原体采用mNGS获得初始序列后,再次评估时可选用PCR或tNGS进行检测。







参考文献:

[1]赵聪琳,刘凯,周永召. 靶向二代测序技术与宏基因组二代测序技术在病原微生物检测中的应用[J]. 中华预防医学杂志,2024,58(01):114-121.

创建时间:2024-09-06 17:16