病原微生物高通量测序：第二节 应用场景
临床微生物高通量测序，主要有 4 个应用场景：感染病原识别、微生物组分析、人宿主免疫应答分析和肿瘤学分析。目的不同，采用的测序策略也不一样。
1.感染病原识别
临床微生物高通量测序，第一个重要目的当然是物种鉴定，找出感染的病原。其次是功能鉴定，如抗生素抗性、病毒抑制剂抗性和毒力因子预测等。
测序策略：
1.1 非靶向测序
- 宏基因组测序；样本：血液（血浆）；用途：培养阴性感染/不明原因的发热/监控免疫受损的病人
- 宏基因组测序；样本：呼吸道分泌物；用途：培养阴性或 PCR 阴性的急性肺炎
- 宏基因组测序；样本：脑脊液；未确认的脑膜炎或脊髓炎
- 宏基因组测序；样本：粪便；用途：严重腹泻
- 宏基因组测序；样本：感染组织或其他体液；培养阴性感染
1.2 靶向测序
- 扩增子测序（通用细菌、真菌或寄生虫 rRNA 测序）；样本：多种体液或组织；用途：多种病原体识别
- 扩增子测序（多重 PCR 测序）；样本：多种体液或组织；用途：多种病原体识别
- 捕获测序；样本：多种体液或组织；用途：多种病原体识别
2.微生物组分析
人体不是一座孤岛，除了自身的基因组外，还有大量微生物的基因组。人在疾病状态下，微生物的多样性可能减少。通过宏基因组分析人体内微生物多样性，能够为是否感染提供线索。
临床微生物组分析最有价值的应用当属益生菌疗法：从健康人的粪便中获取正常的益生菌，制成药丸给患者服用。除细菌感染外，肥胖、炎症性肠病和糖尿病也是益生菌治疗的潜在应用。
测序策略：
- 宏基因组测序；样本：粪便；用途：面向消费者的微生物组检测/指导管理和治疗艰难梭酸菌感染/慢性病
- 宏基因组测序；样本：呼吸道分泌物；用途：辅助诊断急性呼吸道感染
3.人宿主免疫应答反应分析
感染病原体检测，临床上侧重于微生物本身。然而，研究人类宿主对感染的免疫应答反应，即通过基因表达的分析可以作为感染检测的补充。这一方法目前虽然还没有应用于临床，但具有非常大的前景。
人类宿主的 RNA-Seq 分析还可以直接从临床样本中识别新的暂未得到充分重视的宿主-微生物互作关系。随着大规模测序技术在临床应用中的发展，也许会出现由宏基因组检测为主，RNA-Seq 分析为辅来提高临床诊断的准确性的应用。
测序策略：
- RNA 测序；样本：多种样本类型，全血或外周血单核细胞最为常见；用途：辅助感染诊断/疾病预后
4.肿瘤学应用
肿瘤的全基因组或靶向 NGS 测序，可以同时检测肿瘤相关的突变和病毒，如疱疹病毒、乳头瘤病毒和多瘤病毒。如果是靶向测序，需要事先加入特定的病毒探针。
液体活检样本（如血浆）中获得的细胞游离 DNA 的宏基因组测序，可能用于同时识别早期癌症和诊断免疫功能低下的患者的感染。
测序策略：
- 肿瘤全基因组测序；样本：肿瘤组织；用途：鉴定与癌症相关的病毒
- 液态活检测序；样本：无细胞体液；用途：同时进行癌症和传染病检测
参考文献 Chiu C Y , Miller S A . Clinical metagenomics[J]. Nature Reviews Genetics, 2019.