宏基因组测序诊断传染病

两年前，我第一次听说了牛津纳米孔(Oxford Nanopore)测序仪。它被宣传为“测序的未来”。我当时的想法是，一个口袋大小、usb供电的实时音序器将是现场应用程序的理想选择。

特别是，这种技术应该完全适用于埃博拉等传染病的暴发，因为在这些暴发中，既需要对患者进行快速诊断，也需要控制疾病的传播。

然而，直到2014年9月，我们才真正接触到MinIONTM测序仪。更糟糕的是，我们分析的前两个流单元根本没有产生可用的数据，因为平台还处于非常早期的阶段。直到今年1月，我们才进行了一次成功的测序，并参加了比赛。

宏基因组测序

我们诊断传染病的方法叫做宏基因组测序。总的思路是，我们对临床样本中的所有核酸(DNA和RNA)进行排序，并使用计算软件分析数据，以找到众所周知的“大海捞针”。

我们寻找的一般是<0.1%的序列序列，这些序列序列可能对应于一种可能导致疾病的病毒，无论是埃博拉病毒还是流感病毒。这与其他研究组和商业实验室形成了对比，它们通常使用引物或专门针对单个病原体的探针进行测序。

去年，我们描述了使用宏基因组测序成功诊断一种罕见但可治疗的细菌感染(神经钩端螺旋体病)，该感染发生在一名14岁的危重男孩身上，他已经病了4个多月而未被诊断。对于具有广泛鉴别诊断(疟疾、伤寒、登革热、埃博拉等)的急性热带病等疾病，无偏元基因组测序是一种非常有吸引力的诊断检测方法。

我们在《基因组医学》杂志上发表了一项利用MinION纳米孔测序在临床样本中宏基因组检测病毒的“概念验证”研究。为了演示它在实时检测新出现的病毒方面的效用，我们选择重点分析从暴发环境中收集的临床样本。

我们做了什么?

通过一群国际合作伙伴，我们获得了2014年刚果民主共和国埃博拉病毒暴发期间急性出血热患者和2013-2014年加勒比地区基孔肯亚病毒暴发期间献血者的血样。

我们开发了一种可在笔记本电脑上使用的计算管道，用于对纳米孔数据进行实时测序分析，并运行它来演示在开始DNA测序的10分钟内以及从样本到应答的不到5个小时的时间内，从受感染者身上检测到埃博拉病毒和基孔肯雅病毒。

然后，我们分析了一名感染了丙型肝炎的患者的血样，以表明现有的奴才检测技术的检测极限大约是每毫升105份病毒。因此，要使宏基因组检测的灵敏度与病毒的“金标准”PCR检测(每毫升102-103份)相媲美，还有一段路要走。

展望未来

我对纳米孔测序的能力和潜力感到兴奋。作为一名经常诊治危重病人的传染病医生，我对我们无法及时诊断出医院里相当比例的急性感染感到沮丧。这个问题只有在资源、设备和训练有素的人员严重有限的实地情况下才会扩大。

在未来,如果我们能克服现有的挑战,提高灵敏度,多角度样品制备时间(当前病原反应步骤在整个过程中),并使当地分析不需要互联网连接的笔记本电脑——我设想未来角色纳米孔测序作为传染病的通用测试,尤其是在快速设置。

我们正在临床验证一项针对加州(Illumina MiSeq)急病住院患者传染病的测序测试。

与此同时，如果能利用MinIONTM测序仪技术在发展中国家进行传染病诊断，这将是一件美妙的事情——帮助受感染患者进行诊断和治疗，并最终防止2014年西非埃博拉疫情在未来的蔓延。