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mNGS是對患者樣品中微生物和宿主遺傳物質(zhì)（DNA和RNA）的全面分析，正在迅速地從研究轉(zhuǎn)移到臨床實驗室。mNGS正在改變醫(yī)生診斷和治療傳染病的方式，其應(yīng)用范圍廣泛，包括抗菌素耐藥性，微生物組，人類宿主基因表達（轉(zhuǎn)錄組學(xué)）和腫瘤學(xué)。mNGS已成為精確診斷傳染病的關(guān)鍵驅(qū)動力，推動了精確醫(yī)學(xué)工作在該領(lǐng)域的個性化患者護理。

一、傳染病診斷：

傳統(tǒng)的診斷病人感染性疾病的臨床模式是由醫(yī)生制定鑒別診斷，然后進行一系列測試，試圖找出病因。臨床樣品中病原體常規(guī)檢測的范圍包括鑒定培養(yǎng)中生長的微生物（例如，通過生化表型檢測或基質(zhì)輔助激光解吸/電離（MALDI）飛行時間質(zhì)譜法），檢測生物體特異性生物標記物（例如抗原用乳膠凝集試驗或酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）抗體試驗或用PCR對單個試劑進行核酸試驗。這些通常包括與確定的臨床綜合征有關(guān)的最常見病原體，如腦膜炎和腦炎、急性呼吸道感染、敗血癥或腹瀉病。

分子診斷分析為診斷最常見的感染提供了一種相當(dāng)經(jīng)濟有效和快速的方法（通常< 2 h的周轉(zhuǎn)時間）。然而，目前使用的幾乎所有常規(guī)微生物試驗一次只能檢測一種或有限的病原體，或者要求從臨床樣本中成功培養(yǎng)微生物。

相比之下，雖然目前使用的NGS分析方法在速度上無法與傳統(tǒng)的檢測方法相比——在Illumina儀器上單獨進行的測序需要超過18小時，但mNGS可以使多種病原體——病毒、細菌，真菌和/或寄生蟲——根據(jù)唯一可識別的DNA和/或RNA序列從培養(yǎng)物或直接從臨床樣本中識別。原則上，幾乎所有的病原體，包括病毒、細菌、真菌和寄生蟲，都可以在一次檢測中鑒定出來。NGS方法的另一個關(guān)鍵優(yōu)點是，測序數(shù)據(jù)可能被用于除了鑒定致病病原體之外的其他分析，例如通過RNA測序（RNA-seq）對轉(zhuǎn)錄組進行分析，從而確定微生物組特征和人類宿主反應(yīng)的平行分析。

因此，mNGS在診斷中的臨床應(yīng)用可能是在最難診斷的病例中，或者對于潛在病原體譜更廣的免疫功能低下的病人。臨床樣本的非靶向mNGS可能是最有前途的感染綜合診斷方法。

二、臨床微生物組分析：

許多研究人員現(xiàn)在用mNGS代替16SrRNA基因的靶向測序來深入鑒定微生物組。公眾越來越認識到微生物組可能參與急性和慢性疾病的狀態(tài)。然而，目前還沒有一種基于微生物組學(xué)的檢測方法被臨床用于疾病的診斷或治療，部分原因是人們對微生物組學(xué)的復(fù)雜性及其在疾病發(fā)病機制中的作用認識不足。

微生物組學(xué)分析在Clostridiumdifficile相關(guān)疾病的治療和治療中有著廣闊的應(yīng)用前景。C. difficile能感染腸道，產(chǎn)生毒素，可導(dǎo)致腹瀉、脫水、敗血癥和死亡。C. difficile難治性感染只發(fā)生在微生物群的環(huán)境中，而微生物群的環(huán)境會因暴露于廣譜抗生素或最近的胃腸道手術(shù)等因素而改變。糞便移植治療和潛在治療C. difficile感染的有效率為80%-90%，這突出了微生物群在艱難梭菌感染中的重要性。在多個研究中使用mNGS來表征微生物組分有助于細菌-益生菌混合物的開發(fā)，這種混合物可以作為預(yù)防或治療艱難梭菌相關(guān)疾病的藥丸使用。

微生物組的另一個潛在應(yīng)用是分析細菌多樣性，這可以提供病人的疾病是傳染性的還是非傳染性的線索。例如，一項用于鑒別肺炎患者呼吸道病原體的mNGS研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)培養(yǎng)證實感染的個體其呼吸道微生物組的多樣性顯著降低。這種被稱為失調(diào)的微生物群的改變也被證明與對于肥胖、糖尿病和炎癥性腸病，微生物群的操作可能是治療這些病理狀況的一個途徑。

三、人類宿主感染反應(yīng)分析：

mNGS側(cè)重于微生物的reads數(shù)，然而，在研究人類宿主對感染的反應(yīng)時，基因表達分析有一個補充作用。盡管RNAseq分析通常是在全血或外周血單個核細胞（PBMC）樣本上進行的，但任何體液或組織類型都可能適用于這些分析。利用RNA-seq表達譜對基因進行分類已被用于描述幾種感染，包括葡萄球菌菌血癥、萊姆病、念珠菌病、結(jié)核病（區(qū)分潛在和活動疾病風(fēng)險）和流感。基于機器學(xué)習(xí)的RNA-seq數(shù)據(jù)分析已被用于癌癥分類，而這些方法的使用可能對傳染性疾病很有希望。

人類宿主的RNA-seq分析可用于直接從臨床樣本中識別新的或未被充分認識的宿主-微生物相互作用，如之前對萊姆病、登革熱或瘧疾患者所示。RNA-seq在病原菌僅短暫存在的臨床病例中可能特別有用（例如早期萊姆病或蟲媒病毒感染，包括西尼羅河病毒）；類似于血清學(xué)檢測，根據(jù)病原體特異性人類宿主反應(yīng)，間接診斷感染是可能的。對病原體特異性宿主反應(yīng)的分析也可能有助于在復(fù)雜的臨床亞基因組樣本（如多微生物膿腫或呼吸道流感）中鑒別真正的病原體。

RNA-seq的另一個有前途的應(yīng)用是在區(qū)分急性疾病的傳染性和非傳染性病因。例如，如果根據(jù)宿主反應(yīng)判斷一種疾病更可能是非傳染性的（例如，自身免疫性疾?。?，臨床醫(yī)生可能更愿意停止使用抗生素，并用類固醇和其他免疫抑制藥物積極治療患者。

四、腫瘤學(xué)應(yīng)用：

在腫瘤學(xué)中，識別突變基因的全基因組或定向NGS方法可用于同時發(fā)現(xiàn)與癌癥相關(guān)的病毒（即皰疹病毒、乳頭狀瘤病毒和多瘤病毒）和/或收集病毒與宿主相互作用的數(shù)據(jù)。