病原微生物高通量测序：第三节 检测原理

临床微生物高通量检测，应用场景不同，各种测序技术令人眼花缭乱，但我们可以做如下总结。

1. 检测对象：病原体核酸，或人宿主自身核酸
2. 测序技术：DNA 测序，或 RNA 测序
3. 测序范围：DNA 靶向，或 DNA 非靶向；所有 RNA，或部分 RNA

进而可以归纳为两大类，四小类测序策略。

1. 以微生物核酸为检测对象：
   • 病原基因组测序（metagenomic）
   • 病原转录组测序（metatranscriptomic）
2. 以人宿主自身核酸为检测对象：
   • 人基因组测序（DNA-Seq）
   • 人转录组测序（RNA-Seq）

目前，”病原微生物基因检测“约等于”病原宏基因组检测“，正如“精准医疗”约等于“肿瘤基因检测”一样。

作为宏基因组的补充，基于多重 PCR 的靶向测序，具有非常大的应用情景。

而其他技术，如宏转录组、RNA-Seq 研究病原与人的互作等目前都还处于探索阶段。

1. 非靶向测序（untargeted NGS，mNGS）

非靶向的宏基因组测序，优势是大而全，不管有多少种微生物感染，理论上都一次给测出来。不仅能测已知病原，还能发现未知病原体。

但是它最大的缺点，就是灵敏度严重依赖于受背景干扰的程度。特别是组织样本，含有大量人体细胞，测出来的数据 99% 都是人的 DNA 序列。

因此可以说，宏基因组测序，就是大海捞针。而靶向测序，则可与之互为补充。

2. 靶向测序（targeted NGS, tNGS）

靶向扩增子测序是先富集目的 DNA 序列，再测序。这样可以增加测序数据中目标序列的比例，进而提高检测的灵敏度。

常用于富含 DNA 的手段有扩增和捕获两种。

扩增： 通过 PCR 反应增加目的片段的数量。

捕获： 通过核酸探针与目的片段进行杂交，从而抓取目的序列进行测序。

显然，靶向测序只能用于核酸序列已知的病原体的检测。其好处是灵敏度高、成本低。

参考文献： Chiu C Y , Miller S A . Clinical metagenomics[J]. Nature Reviews Genetics, 2019.