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纳米孔测序在病原微生物检测中的应用专家共识

作者:中华医学网发布时间:2024-12-31 08:48浏览:

一、引言

 
纳米孔测序作为一种新兴的测序技术,凭借其独特优势,在病原微生物检测领域展现出巨大潜力。为规范纳米孔测序技术在病原微生物检测中的应用,提高检测效率与准确性,推动该技术的科学、合理应用,由微生物学、临床检验学、感染病学等多领域专家共同制定本共识。

二、纳米孔测序技术原理与特点

(一)技术原理

 
纳米孔测序基于电信号检测原理。当 DNA 或 RNA 分子通过纳米级小孔时,会引起小孔两侧电流变化,不同碱基引发的电流变化特征不同,通过对这些电流信号的实时监测和分析,实现对核酸序列的测定。

(二)技术特点

 
  1. 实时测序:能够实时获取测序数据,边合成边测序,对于突发公共卫生事件中的病原微生物快速检测具有重要意义,可及时为临床诊断和防控提供依据。
  2. 长读长:可产生较长的测序读长,有助于解决复杂基因组结构、重复序列区域的测序难题,在病原微生物全基因组组装、毒力基因及耐药基因定位等方面优势明显。
  3. 便携性:部分纳米孔测序设备体积小巧,便于携带,可在现场检测、基层医疗单位或资源有限地区开展病原微生物检测工作,增强检测的灵活性与及时性。
  4. 直接检测 RNA:可直接对 RNA 进行测序,无需反转录成 cDNA,保留了 RNA 分子的修饰信息,有利于研究病毒 RNA 的甲基化等修饰对病毒感染、复制的影响。

三、纳米孔测序在病原微生物检测中的应用场景

(一)感染性疾病的快速诊断

 
  1. 不明原因发热:对于常规检测方法难以明确病原体的不明原因发热患者,纳米孔测序可对临床样本(如血液、脑脊液、肺泡灌洗液等)中的核酸进行无偏倚检测,快速鉴定潜在病原体,包括细菌、病毒、真菌和寄生虫等,为临床诊断和治疗提供关键线索。
  2. 免疫抑制患者感染:免疫抑制人群易发生机会性感染,病原体种类复杂。纳米孔测序可全面检测各类病原体,辅助临床医生及时采取针对性治疗措施,改善患者预后。

(二)新发突发传染病监测

 
  1. 病原体的发现与鉴定:在新发突发传染病疫情初期,纳米孔测序可快速确定未知病原体的基因组序列,为病原体的分类、溯源和传播机制研究提供基础数据,助力疫情的早期防控。
  2. 疫情动态监测:通过对不同地区、不同时间点采集的样本进行纳米孔测序,实时监测病原体的变异情况,评估病毒的传播风险和传播趋势,为疫情防控策略的调整提供科学依据。

(三)耐药性检测

 
  1. 耐药基因检测:纳米孔测序可直接检测病原微生物基因组中的耐药基因,明确耐药机制,指导临床合理选用抗菌药物,避免滥用抗生素,降低耐药菌的传播风险。
  2. 耐药性动态监测:在感染治疗过程中,通过定期对患者体内分离的病原体进行纳米孔测序,动态监测耐药基因的变化,及时调整治疗方案,提高治疗成功率。

(四)微生物群落分析

 
  1. 感染部位微生物群落研究:利用纳米孔测序对感染部位的微生物群落进行分析,了解不同微生物之间的相互关系以及它们与宿主的相互作用,有助于揭示感染性疾病的发病机制,为开发新的治疗策略提供理论依据。
  2. 环境微生物群落监测:在医院环境、食品加工环境等场所,通过纳米孔测序监测微生物群落结构和多样性,及时发现潜在的病原体污染,采取相应的防控措施,预防感染性疾病的传播。

四、纳米孔测序技术流程与质量控制

(一)样本采集与处理

 
  1. 样本类型:根据检测目的和病原体可能存在的部位,选择合适的样本类型,如血液、尿液、粪便、痰液、组织标本等。采集过程中应严格遵循无菌操作原则,避免样本被污染。
  2. 样本处理:针对不同样本类型,采用相应的核酸提取方法,确保获得高质量的核酸。对于 RNA 样本,需注意防止 RNA 降解。提取的核酸应进行浓度和纯度检测,合格的核酸样本方可用于后续测序。

(二)文库制备与测序

 
  1. 文库制备:根据纳米孔测序平台的要求,选择合适的文库制备试剂盒,将核酸样本进行片段化、末端修复、接头连接等处理,构建适合纳米孔测序的文库。文库制备过程中需严格控制反应条件,确保文库质量。
  2. 测序:将制备好的文库加载到纳米孔测序仪上,按照仪器操作手册设置测序参数,启动测序。测序过程中应实时监测数据质量,确保测序的准确性和完整性。

(三)数据分析与解读

 
  1. 数据分析流程:测序产生的原始数据需经过碱基识别、质量控制、序列比对、变异检测等一系列分析步骤。使用专业的生物信息学软件和数据库,对测序数据进行处理和分析,以获得病原体的基因组序列、变异信息等。
  2. 结果解读:结合临床信息、样本来源、测序深度等因素,对分析结果进行综合解读。对于检测到的病原体,需评估其临床意义,判断是否为真正的致病病原体;对于耐药基因的检测结果,需参考相关的耐药性判定标准,为临床治疗提供准确的指导建议。

(四)质量控制

 
  1. 仪器设备校准:定期对纳米孔测序仪进行校准和维护,确保仪器性能稳定,测序数据准确可靠。
  2. 试剂质量控制:使用经过验证的高质量试剂,定期对试剂进行质量检测,避免因试剂质量问题导致检测结果不准确。
  3. 室内质量控制:设置阴性对照、阳性对照和弱阳性对照样本,随每批样本进行检测,监测检测过程的准确性和重复性。对实验过程中的关键环节,如核酸提取、文库制备等,进行质量监控。
  4. 室间质量评价:积极参加国内外组织的室间质量评价活动,与其他实验室进行比对,评估实验室的检测能力和水平。对室间质评结果进行分析总结,针对存在的问题及时采取改进措施,提高检测质量。

五、纳米孔测序技术应用的局限性与挑战

(一)测序错误率相对较高

 
纳米孔测序目前的错误率相对传统测序技术较高,主要表现为插入和缺失错误。这可能导致在病原体鉴定、耐药基因检测等方面出现误判。需要通过优化测序算法、增加测序深度以及结合其他验证方法等方式来提高结果的准确性。

(二)生物信息学分析难度大

 
纳米孔测序产生的数据量庞大,且读长较长,对生物信息学分析能力要求较高。需要专业的生物信息学人员和高性能的计算设备,同时缺乏标准化的数据分析流程和解读标准,限制了该技术在一些实验室的推广应用。

(三)成本相对较高

 
尽管纳米孔测序技术的成本在不断降低,但目前文库制备试剂盒、测序芯片等耗材价格仍相对较高,限制了其在大规模临床检测和基层医疗机构的广泛应用。

六、纳米孔测序技术的未来展望

(一)技术改进与创新

 
随着技术的不断发展,纳米孔测序的错误率有望进一步降低,测序通量和速度将不断提高。新型纳米孔材料的研发和测序仪器的升级换代,将为病原微生物检测带来更高效、准确的解决方案。

(二)与其他技术的融合

 
纳米孔测序技术与传统微生物培养、免疫学检测、分子生物学检测等技术的融合,将形成更加完善的病原微生物检测体系。例如,先通过传统方法进行初步筛查,再利用纳米孔测序进行精准鉴定和耐药分析,可提高检测效率和准确性。

(三)临床应用拓展

 
纳米孔测序技术在感染性疾病诊断、治疗监测、预防控制等方面的临床应用将不断拓展。随着技术的成熟和成本的降低,有望成为临床常规检测手段,为提高感染性疾病的诊疗水平发挥重要作用。