小罗开讲 | 病原检测中的NGS技术

临床微生物学的其中一个领域为诊断微生物学，即从临床样本中鉴定病原体，以指导感染患者的管理和治疗策略；另外一个领域则为公共卫生微生物学，常常对社区传染病爆发进行监测，以采取防控措施。微生物实验室的传统诊断技术包括：

① 培养物中微生物的生长与分离

② 病原体特异性抗体（血清学）或抗原检测

③ 微生物核酸（DNA 或 RNA）的分子鉴定，以PCR技术为主，使用特定引物或探针来检测一定范围的已知病原体

随着高通量测序技术（Next Generation Sequencing，NGS）的发展，临床微生物测序技术正迅速地从研究转向临床实验室，并在改变医生诊断和治疗传感染疾病的方式，最大程度地发挥其对患者诊疗和公共卫生的影响^[2]。NGS技术对病原微生物的检测主要有两种方法，包括宏基因组测序（metagenomic Next-Generation Sequencing，mNGS）和靶向测序（target Next-Generation Sequencing，tNGS）。

2002年底，广东佛山首个SARS病例被报道，疫情随后在我国爆发。经过整整5个月的研究，病原体才最终被确认为SARS冠状病毒。

而在2019年底，又一场疫情即将席卷全球。这一次，中国科学家团队利用mNGS技术，在短短5天内就鉴定出了新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的特征，并在第一时间公布了病毒的全基因组序列。这一行动为疫情发展的监测与防控方案的制定争取了宝贵的时间^[3]。

mNGS技术可以无偏倚地对患者样本的全部微生物和宿主的遗传序列进行检测和分析，针对不可培养的微生物以及新发、突发、罕见、未知病原的鉴定有着显著的技术优势。mNGS技术已发展了数十年，从海洋、土壤环境，到动物微生物组，再到如今的临床微生物组，在传染病诊断、宿主感染反应分析以及流行病学关系判断等方向有着广泛的应用。mNGS短耗时、广覆盖、无偏倚的技术优势使其成为精确诊断传染病的关键驱动力，为临床治疗提供了有利证据与方案指导，例如适当的针对性抗生素治疗等。

相比于mNGS技术在不到10%微生物信号中去寻找目标，tNGS病原靶向测序技术提供了更经济的广谱病原检测方案。同样无需依赖传统的微生物培养，tNGS技术直接对临床样本中的目标核酸进行富集，通过多重PCR扩增或探针杂交液相捕获技术靶向富集目标病原，可以在排除宿主核酸干扰的同时提升检测灵敏度。tNGS可以检测几百种病原体，并同时检测耐药基因，对于病原谱范围明确、常见病原微生物感染具有更大优势。

在mNGS建库实验中，由于许多微生物基因组存在极端高或低的GC%区域，这为文库构建增添了难度。KAPA新型酶切片段化覆盖均一，且GC区域不易受酶切偏好性的影响，为宏基因组建库提供高品质方案。从测序结果来看，罗氏高覆盖均一性及低偏差的建库方案可以获得更长更少的contigs，N50指标更高，有助于微生物全基因组De Novo拼接。此外，建库方案兼容拭子、培养物、血液等各种样本类型，片段化效果不受抑制剂影响，面对起始量或质量参差的样本，均有较为一致的建库成功率。

作为全球体外诊断领域的领导者，罗氏诊断致力于为用户提供领先的高通量测序样本制备全流程解决方案，以创新、高质量的产品和优质的服务，帮助用户开展基于高通量测序技术的广泛研究和医学应用。针对病原检测复杂多样的样本类型和不同丰度的病原载量，从样本前处理、文库构建、靶向捕获提供完整的解决方案。