Хотя методы на основе ПЦР более чувствительны, чем обычные (традиционные) методы, оба метода ограничены их целевым подходом и не могут обеспечить дискриминацию на уровне штаммов, необходимую для мониторинга вспышек.
Молекулярные анализы неизбежно нацелены на известные гены хорошо изученных организмов, что означает, что неожиданные патогены и уникальные гены будут пропущены. Полногеномное секвенирование частично преодолевает необходимость в определении целевых генов, но все равно требует либо обогащения, либо захвата целевого патогена.
Скорость и чувствительность анализа метагеномных и метатранскриптомных данных значительно повысилась благодаря методам на основе «k-mer» - подходу, который широко используется во многих популярных рабочих процессах для идентификации патогенов в метагеномных образцах путем сопоставления с базой данных. Вычислительная эффективность k-меров идеально подходит для приложений высокопроизводительного секвенирования. Однако важно отметить, что ошибки секвенирования и полнота используемых баз данных могут повлиять на эффективность подходов, основанных на к-мерах.
Метагеномное и метатранскриптомное секвенирование клинических образцов было предложено как ценный подход для обнаружения патогенов. Мультиомические подходы все чаще используются в различных контекстах, включая подтипирование заболеваний, обнаружение биомаркеров и функциональное профилирование. Однако систематическая оценка мультиомических подходов в рамках рутинной диагностики, особенно в отношении патогенных микроорганизмов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), остается ограниченной. Учитывая, что метагеномика и метатранскриптомика продемонстрировали свою перспективность в других условиях, очень важно оценить эффективность метагеномики и метатранскриптомики в сравнении с установленными диагностическими методами.
В данном исследовании мы представляем данные, полученные с помощью секвенирования следующего поколения микробиомов кала 1067 пациентов с симптомами гастроэнтерита, с целью систематической оценки диагностического потенциала метагеномного и метатранскриптомного секвенирования путем сравнения их эффективности с золотым стандартом клинической лабораторной диагностики возбудителей заболеваний ЖКТ. Мы рассмотрели сравнительные преимущества различных типов секвенирования в различных сценариях (правильный тест, правильное время, правильный пациент).
Мы показали, что как метагеномное (ДНК), так и метатранскриптомное (РНК) секвенирование непосредственно из кала позволяет выявить основные возбудители инфекций ЖКТ, обнаружили, что метагеномное и метатранскриптомное секвенирование имеют отличительные особенности для обнаружения патогенов, и выяснили, что метатранскриптомика дает неожиданные преимущества для наблюдения за патогенами. При достаточном количестве эталонных образцов диагностика различных возбудителей заболеваний ЖКТ может быть уверенно осуществлена путем прямого секвенирования клинических образцов.
Мы продемонстрировали, что метатранскриптомика может выявлять активные ДНК-вирусы и повышать чувствительность в отношении протистов, используя РНК-вирусы в качестве биомаркеров. Таким образом, в данном исследовании впервые продемонстрированы и количественно оценены потенциальные преимущества метатранскриптомики для гастроинтестинального надзора путем прямого сравнения с валидированной диагностикой всех основных патогенов сообщества. Даже в образцах, в которых отсутствовала стабилизация РНК, метатранскриптомика обеспечивала более высокую чувствительность по сравнению с метагеномикой и расширяла спектр организмов, обнаруживаемых с помощью секвенирования нуклеиновых кислот. Эта работа закладывает основу для развития метатранскриптомики в качестве диагностического инструмента в клинической практике.
