中科院微生物所王軍課題組建立靶向RNA的病原檢測新方法mtNGS和mtTGS

來源：作者：人氣：-發表時間：2021-11-01 13:15:00【大中小】

病原感染仍然是威脅全世界人類健康的巨大問題，給臨床診斷和治療帶來了沉重負擔。臨床上傳統的病原鑒定主要以培養和生化檢測為基礎，但隨著下一代測序技術的不斷進步，宏基因組測序（mNGS）極大的提高了病原檢測的效率，并有助于識別難以培養的病原微生物；此外，通過測序識別抗生素抗性微生物也為改善治療方案提供了依據。然而，mNGS在臨床應用方面仍面臨諸多障礙，尤其是當檢驗樣品總量少、樣本微生物含量低時，如咽拭子樣品、支氣管肺泡灌洗液樣品、血液樣品和腦脊液樣品等。同時，由于宿主細胞和核苷酸在這些樣本中往往占比很大（通常>90%的宿主成分），極大地降低了微生物鑒定的測序效率。

目前，mNGS主要針對病原微生物的DNA，并使用二代測序技術產生較短的序列，因此會忽略一些以RNA為主要遺傳物質的病原微生物。即使基于RNA的分析或宏轉錄組的研究相對較少，但都表明靶向RNA的檢測能有效揭示功能活躍的成員/基因；此外，雖然細菌基因組只有幾個rDNA拷貝，但rRNA分子含量在活躍細胞中卻是極高的，理論上，靶向RNA可以避免占優勢但處在休眠的微生物占測序讀數的比例。

以Oxford Nanopore Technology測序技術為代表的三代測序擁有快速制備文庫及超長讀長等優勢，能有效提高臨床樣本中病原的檢測。與此同時，ONT直接RNA測序技術也為臨床樣本中RNA病原無偏的檢測提供了可能。至此，中國科學院微生物研究所王軍課題組與解放軍總醫院呼吸與危重癥醫學部、南方醫科大珠江醫學院和北京大學第三醫院合作，收集了肺泡灌洗液（BALF）、腦脊液（CSF）和血液（Blood）樣本，建立了RNA/cDNA靶向測序（mtNGS），以減少臨床樣本中的宿主核苷酸比例，并通過與牛津納米孔技術（ONT）相結合（mtTGS）以縮短測序時間。

研究表明，與mNGS相比，mtNGS提高了微生物讀數的比例，促進了細菌病原的鑒定，并能對真菌、病毒和抗生素抗性基因進行檢測，與傳統臨床檢測結果基本一致。此外，基于ONT的mtTGS由于其較長的讀長優勢進一步提高了病原微生物的鑒定，也加快了診斷的時間。利用ONT的直接RNA測序和靶向測序的測試表明，ONT顯示出重要的病原檢測潛力，但仍需進一步發展。因此，這項研究表明靶向RNA的臨床樣本病原檢測有更高的潛力，特別是當與ONT的發展和技術更新相結合時。

上述研究成果已于2021年10月在Advanced Science期刊上發表，中國科學院微生物研究所病原免疫重點實驗室助理研究員趙娜、博士生曹佳寶、助理研究員徐嘉悅、北京大學第三醫院劉貝貝博士、解放軍總醫院第八醫學中心呼吸與危重癥醫學部博士生劉斌、南方醫科大學珠江醫學院陳定強博士為第一作者，中國科學院微生物研究所王軍研究員、南方醫科大學珠江醫學院周宏偉教授、解放軍總醫院第八醫學中心呼吸與危重癥醫學部解立新主任為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、中國科學院先導項目和科技部重點研發計劃等項目的經費支持。

參考資料：

1.Targeting RNA with Next- and Third-Generation Sequencing Improves Pathogen Identification in Clinical Samples