感染性疾病一直是临床上的难题，尤其是重症感染和不明原因的感染。能够快速识别患者的感染病灶和病原菌，并使用有针对性的抗生素，在治疗中至关重要。近年来，宏基因组二代测序（mNGS）发展迅速，并逐步应用于医学实践。在微生物鉴定、耐药性和毒力标志物检测方面比传统的实验室方法具有快速、准确、检测未知病原菌等优点，可为感染性疾病患者的临床诊断和治疗提供更大的帮助。
mNGS在感染性疾病中的应用
呼吸系统感染
呼吸系统感染极为普遍，通过胸部影像学、细菌培养和涂片检查，许多患者仍存在感染病原体不明和对所选抗生素不敏感的情况。一些病情进展迅速的患者会出现危及生命的呼吸衰竭和感染性休克。mNGS可从支气管肺泡灌洗液(BALF)、肺穿刺/纵隔淋巴结穿刺/气管活检组织、胸腔积液和痰液等标本中检测病原体。
中枢神经系统感染
脑炎或脑膜炎等神经系统感染性疾病，脑脊液（CSF）中的病因常不明确，可能由病原体感染引起；然而，有许多潜在的病原体（细菌、病毒、真菌或寄生虫），常规检查、生化检查、细菌培养等传统检测往往检测不到或漏检。mNGS检测可有效提高诊断敏感性，已有多个报告显示，通过脑脊液的mNGS发现了致病微生物。
血液感染
血液感染性疾病死亡率很高，如感染性心内膜炎，年发病率为3:10万至1:1万，其中三分之一的患者在确诊后1年死亡。治疗感染性心内膜炎的关键是快速识别病原体的能力。大约31%的患者由于早期应用抗生素或其他因素导致血培养阴性，而这些血培养阴性的感染性心内膜炎往往造成多重诊断和治疗困难，对患者造成重大伤害。mNGS除了提高常规培养的诊断功效外，也有助于探索新的和未知的病原体。
消化系统感染
急性胆囊炎、急性肠胃炎、肝脓肿均有常见的消化系统感染。在一项关于急性胆囊炎的研究中，宏基因组分析可有效快速诊断急性胆囊炎的病原体，其中包括评估潜在的抗生素敏感性。此外，mNGS也可用于检测感染性腹泻病原体。
眼科感染
眼部感染的诊断依赖于眼内液体培养或聚合酶链反应(PCR)。Doan等人通过mNGS检测眼内感染的PCR阳性和PCR阴性标本，并得出结论，mNGS结果与PCR结果非常吻合，mNGS可用于检测细菌、真菌和病毒，并提供有关耐药性的信息。
泌尿系统感染
尿路感染的发病率和复发率都很高，诊断主要依靠尿培养。最常见的致病菌是大肠杆菌，其次是其他肠杆菌科细菌、葡萄球菌、链球菌、真菌以及一些难以培养的病原体，如病毒和结核病。mNGS可同时检测尿液标本中的病毒、真菌、白色念珠菌、隐球菌、结核分枝杆菌、支原体以及病原体的毒力和耐药性。
mNGS与传统检测方法对比
传统检测方法的成本较低，且这些方法成熟，操作相对简单。但传统检测方法的灵敏度和特异性较差，需要较长的检测时间。
与传统检测方法相比，mNGS具有以下优势：1)无偏倚。例如，如果标本中含有白色念珠菌和肺孢子菌，则肺孢子菌生长速度更快，会影响白色念珠菌的生长。因此，病原培养是有偏见的，而mNGS由于其检测机制不同而对发病机制没有偏见；2)对于感染性疾病，通过临床症状、体征、病史、流行病学和危险因素来推断可能存在哪些病原体，并选择适当的检测，但任何一项检测中的信息不完整都可能导致遗漏病原体。理论上，mNGS可以检测样本中所有病原体的基因序列，因此比其他检测方案具有更广泛的覆盖范围；3)mNGS在更短的时间内同时检测多种病原体。
mNGS局限性
1）患者标本中的大多数核酸主要来自人类宿主背景，大多数检测到的序列(通常99%)来自人类宿主，这限制了病原体检测的整体分析灵敏度。
解决方案：可通过加大数据量测序以及对高人源样本进行“去人源”来解决。诺因生物拥有独创的去人源反向富集技术，深度降噪，可显著提升检测灵敏度。
2）反应试剂盒中的核酸污染，或来自定植细菌和实验室程序的核酸污染。mNGS检测无法区分背景、定植微生物和病原微生物，需要临床医生根据患者的临床表现，结合其他实验室检查结果来决定。
解决方案：诺因生物严格把控无菌流程，涵盖内参、阴性和阳性对照品结果，实时监控阴性对照背景菌，区分环境菌与致病菌；拥有临床级别数据库与宿主微生态菌群数据库，对临床病原体的不同种、不同类别有满足需求的区分度。
3）mNGS使用的其他限制包括检测细胞内感染细菌（例如结核分枝杆菌、军团菌和布鲁氏菌）、厚壁细菌和真菌的灵敏度相对较低，导致阳性率较低。RNA容易降解，需要非常低温的储存条件。
解决方案：诺因生物可提供干冰陆运、冰排/冰袋等多种运输方式；同时拥有一套高效破壁、快速建库的标准化流程，可有效提升破壁效率，保障病原检出率。
4）尽管有报道表明mNGS可用于耐药性检测，但它们主要用于单个病原体的研究，使用mNGS同时检测病原菌的耐药基因仍然存在困难。
结论
mNGS直接从标本中获取病原体的核酸序列信息，无需细菌培养来鉴定。不受抗生素应用的影响，比传统检测方法具有更高的灵敏度和特异性。此外，由于mNGS一次可以测序数百万个核酸，因此可同时检测标本中的细菌、真菌、病毒、支原体、衣原体和寄生虫。虽然其数据库的开发、稀有病原体的基因图谱、病原体机制的研究以及mNGS标准化流程的建立仍需要进一步的研究，但仍然是一种有前途和实用的临床检测手段，可助于感染性疾病的临床治疗。
end
南京诺因生物科技有限公司总部坐落于江苏省南京市，专注应用领先的基因技术助力临床感染病原的诊疗。公司围绕多重PCR和高通量测序两大前沿技术路线，自主研发了应用于常见病原快速检测和急危重症感染全面检测的一系列解决方案，已与国内众多一流的医学机构展开了紧密合作，打造基于大数据的人工智能诊断系统和服务。公司将秉承"创新"和"利他"的理念，引领病原感染诊断事业进入新时代，为病原精准诊断领域带来更多突破。
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