微生物到底是敵是友，宏基因組學(xué)帶你看清楚

盡管大腸桿菌是我們?cè)偈煜げ贿^的老朋友，但超過99%的環(huán)境微生物是無法在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的。過去，人們只能束手無策；如今，憑借宏基因組學(xué)以及宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)，人們能夠從這種微生物大雜燴中找出病原體。

在6月7-11日舉辦的美國(guó)微生物學(xué)會(huì)2018（ASM Microbe 2018）年會(huì)上，研究人員紛紛介紹了最新的研究進(jìn)展。他們表示，宏基因組學(xué)能夠發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)方法錯(cuò)過的微生物。同時(shí)，宏基因組測(cè)序能夠捕獲樣品中含有的抗生素抗性基因，而新興的宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)讓人們開始了解RNA病毒，以及哪些基因真正被轉(zhuǎn)錄。
 
瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)醫(yī)院的副教授Jacques Schrenzel認(rèn)為，微生物學(xué)正在迅速改變。不過，宏基因組學(xué)和宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)也仍然存在挑戰(zhàn)，包括成本。

Schrenzel在演講時(shí)表示，宏基因組學(xué)可用來鑒定疑似感染。他回顧了2012年的一個(gè)病例，當(dāng)時(shí)一名29歲的葡萄牙女性出現(xiàn)膿腫。盡管培養(yǎng)法和qPCR法檢測(cè)都顯示結(jié)果是陰性的，但他們懷疑感染源是布魯氏菌（Brucella）。

盡管當(dāng)時(shí)已治愈，但患者在四年后復(fù)發(fā)，并且培養(yǎng)法和qPCR法再次顯示檢測(cè)結(jié)果為陰性。為了治療肝膿腫，研究人員切下了部分肝臟組織，并開展宏基因組測(cè)序。他們的確發(fā)現(xiàn)了布魯氏菌的序列，而對(duì)照不存在，表明布魯氏菌是感染源。

同樣地，美國(guó)梅奧診所的Morgan Ivy也利用宏基因組測(cè)序來發(fā)現(xiàn)人工關(guān)節(jié)感染背后的罪魁禍?zhǔn)?。她和同事?68例失敗的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中收集了滑液，一方面用于培養(yǎng)，另一方面開展宏基因組測(cè)序。

對(duì)于82例培養(yǎng)陽性的病例，宏基因組測(cè)序在73個(gè)病例中發(fā)現(xiàn)了相同的病原體。同時(shí)，它也從4例培養(yǎng)陰性的病例中發(fā)現(xiàn)了潛在的病原體。這些結(jié)果表明，宏基因組測(cè)序?qū)﹁b定病原體是很有用的，即使樣本無法培養(yǎng)。

美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)的Patricia Simner一直在利用短讀長(zhǎng)測(cè)序和納米孔測(cè)序來檢測(cè)耐藥基因。她表示，目前大約需要兩三天才能完成藥物敏感性測(cè)試，但測(cè)序（尤其是納米孔測(cè)序）有望縮短這一時(shí)間軸。

她介紹了之前一個(gè)病例的情況。這名64歲的女性患者在肝移植后出現(xiàn)膿毒癥，開始用萬古霉素和美羅培南治療。培養(yǎng)分析表明肺炎克雷伯菌呈陽性，并將樣本送去做藥物敏感性測(cè)試。不過，Simner表示，利用宏基因組學(xué)方法，他們能夠提前20小時(shí)預(yù)測(cè)細(xì)菌的表型，而無需開展其他檢測(cè)。

在進(jìn)一步的耐藥性研究中，她和同事發(fā)現(xiàn)納米孔測(cè)序能夠在幾小時(shí)內(nèi)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌耐藥性?！凹{米孔測(cè)序可以說是實(shí)時(shí)的，”Simner說。不過，盡管他們已經(jīng)開發(fā)了工具來預(yù)測(cè)和發(fā)現(xiàn)常見錯(cuò)誤，但它還是很容易出錯(cuò)。

此外，一些研究人員開始轉(zhuǎn)向宏轉(zhuǎn)錄組研究。悉尼大學(xué)的Eddie Holmes從澳大利亞的一系列動(dòng)物身上采集樣本，對(duì)感染它們的病毒和細(xì)菌進(jìn)行分類，具體包括魚類的流感，座頭鯨的呼吸道病毒以及環(huán)尾袋貂的兔熱病。

“RNA測(cè)序是檢測(cè)病原體的一種強(qiáng)大工具，”他說。不過，他認(rèn)為這并不便宜，而且生物信息學(xué)分析可能也存在挑戰(zhàn)。不過，他現(xiàn)在開始利用它來研究人類疾病，特別是蜱傳播疾病。