金识原(GenseqPM)感染病原高通量检测

【重磅】王辉教授课题组研究成果在《Clinical Chemistry》杂志发表

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  • 发布时间:2021-08-17 16:51
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【概要描述】2021年6月,北京大学人民医院检验科王辉教授课题组与金匙医学研发团队合作,在国际著名学术期刊《Clinical Chemistry》(IF=8.327)上发表题为“Clinical Evaluation of an Improved Metagenomic Next-Generation Sequencing Test for the Diagnosis of Bloodstream Infec

【重磅】王辉教授课题组研究成果在《Clinical Chemistry》杂志发表

【概要描述】2021年6月,北京大学人民医院检验科王辉教授课题组与金匙医学研发团队合作,在国际著名学术期刊《Clinical Chemistry》(IF=8.327)上发表题为“Clinical Evaluation of an Improved Metagenomic Next-Generation Sequencing Test for the Diagnosis of Bloodstream Infec

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文章介绍

      2021年6月,北京大学人民医院检验科王辉教授课题组与金匙医学研发团队合作,在国际著名学术期刊《Clinical Chemistry》(IF=8.327)上发表题为“Clinical Evaluation of an Improved Metagenomic Next-Generation Sequencing Test for the Diagnosis of Bloodstream Infections”的研究论文。

      该论文系统阐述了基于下一代测序的宏基因组技术(mNGS)在血流感染病原微生物诊断中的应用,特别针对mNGS检测中由于基因组同源性带来的干扰以及检测体系带来的污染而导致的假阳性问题,提出了有效的改进方法。

      本文第一作者是景晨迪、陈宏斌、梁永,通讯作者是王辉和蒋智。


研究背景

      血流感染是一种严重威胁生命的感染,精准、快速的病原学诊断是精准治疗、有效检测、控制疾病蔓延和降低医疗负担的关键。长期以来感染性疾病的诊断和治疗一直依靠形态学、免疫学以及病原体分离培养和药敏试验等方法。近年来,二代测序技术不断成熟并应用于临床,它提供了一种快速的无预设的广泛的病原体检测方法,逐渐成为常规实验室检测的补充。然而,既往mNGS检测用于感染性疾病诊断的一个重要的潜在限制是由于污染造成的高假阳性率。

研究方法   

2019年7月至2019年9月期间,在北京大学人民医院收集疑似血流感染患者的221份血液样本,在进行血培养和病毒荧光PCR检测的同时进行了mNGS检测。

本研究采用三组对照集:外部阴性质控、常规阴性样本以及健康人群分别用于区分标本采集、样品处理和人体正常菌群所产生的污染,最大限度地减少非病原微生物的干扰。

同时,本研究每例样本的实验和临床数据均经过临床小组审查,对于结果由临床小组根据临床多种微生物学检测结果、临床用药和诊断结果,将mNGS的结果分为Definite,Probable,Possible 和Unlikely,以评价其临床敏感性和特异性。

研究设计流程图

研究结果

文章对mNGS检测中由于污染导致的假阳性问题,提出了有效的解决办法。

1)采用自研的生信算法有效去除了由于基因组同源性带来的交叉干扰;

2)基于3个对照集:外部阴性质控(同批次阴性质控、实验室累计阴性质控)、临床阴性样本、健康人样本来区分标本采集、样品处理和人体正常菌群所产生的污染,排除整个检测体系带来的假阳干扰。

检测体系污染过滤

      经过数据质量控制,最终纳入分析的209份样本中,mNGS共鉴定出53种病原体,所有样本阳性率为110/209(52.6%)。细菌感染是最常见的单病原体感染类型(n=33),其次是病毒感染(n=10)和真菌感染(n=10)。在本研究中,还发现了多重病原体的合并感染(n=54),细菌和病毒合并感染是最常见的合并感染类型(见图3)。在鉴定的病原菌中,最常见的细菌、病毒和真菌分别是大肠杆菌、人疱疹病毒5型和热带念珠菌,分别为32、36和4个样本。

3 mNGS检出病原谱以及共感染分布

所有病例中,血培养阳性57例(27.3%);血培养联合荧光PCR病毒检测,共检出阳性86例(41.1%);mNGS检测阳性的样本中,经临床小组判定有81例(38.8%)样本检出了明确或可能感染的病原体。

总体而言,与血培养相比,mNGS临床敏感性为84.2%,临床特异性为78.3%;与血培养联合荧光PCR病毒检测结果相比,mNGS的临床敏感性和特异性分别为86%和75.6%。而与临床小组结合临床信息的综合判定结果相比,mNGS的临床敏感性为87.1%,临床特异性为80.2%,阳性预测值为77.9%,阴性预测值为88.6%(见图4c)。

临床性能评估

研究同时分析了mNGS对不同病原体类型的诊断性能,其中细菌的灵敏度和特异性分别为83.6%和84.5%,病毒为84.2%和92.3%,真菌为100%(主要为念珠菌及耶氏肺孢子菌)和97.5%。整个检测体系,在保持了较高的敏感性的同时,特异性有了较好的改善。

本研究还分析了抗生素对病原菌检测的影响。在未接受抗生素治疗的患者中,mNGS和常规检测的阳性率无显著差异(50%vs 47.4%;p = 0.82)。在接受经验性治疗的患者中,mNGS的阳性率明显高于常规检测(50.9%vs 39.8%;p = 0.039),研究结果提示对于经抗生素治疗的患者,mNGS相比传统血培养更具优势。

讨论

快速、准确地检测血流感染病原菌一直是微生物学和感染性疾病领域的一大挑战。近年来,研究人员一直努力提高mNGS在临床诊断应用中的灵敏度和特异性,但两者却很难同时兼顾。本研究设计了多种方法,在保证灵敏度的同时,有效的去除了由于标本采集、正常人体菌群、实验室试剂和环境菌的污染以及生信分析所带来的假阳性检出,从而提高了检测的特异性。值得注意的是,由于在检测血液中所有微生物cfDNA信号方面的无偏性,mNGS检测报告了比传统方法更高的合并感染比例。因此,在免疫功能低下的患者中,mNGS比传统检测显示了潜在的价值。

总体而言,在临床背景下对mNGS进行定期审查,将是优化mNGS工作流程的一种有效方法,随着工作流程的进一步优化以及成本的进一步降低,mNGS将有可能成为识别血流感染病原体的一种快速有效的诊断工具。

 

关于金匙医学

 

金匙医学成立于2017年,坐落于北京昌平中关村生命科学园,公司不断深耕分子诊断技术在感染领域的应用。金匙医学与中日友好医院、北京大学人民医院、四川大学华西医院、中国医学科学院血液学研究所血液病医院、陆道培医疗集团等顶级院所建立了深入合作关系,服务临床千余家,面向呼吸、血液、检验、重症、感染等科室,提供病原微生物宏基因组诊断产品及检测服务的整体解决方案。 

 

金匙医学北京和天津公司是国家高新技术企业,已获得国家级科技型中小企业、天津市雏鹰企业、天津市战略性新兴产业领军企业等荣誉称号;获评2020年中关村“病毒检测技术TOP10”;连续两年蝉联清科集团评选的Venture 50最具投资价值企业,动脉网评选的未来医疗100强。 

 

金匙医学是业内发布了基于二代测序和三代测序病原微生物高通量检测产品的企业,也是行业内实现进口和国产测序平台双双高分通过国家临检中心mNGS室间质评的企业。金匙医学是一家拥有直接针对临床样本进行宏基因组分子耐药表型预测产品的企业,金识原血流感染检测产品是同类产品中通过中国食品药品检定研究院注册检并进入临床试验的产品。 

 

金匙医学在北京、上海、广州、天津拥有自己的医学实验室,面积超过17000m²,在武汉、成都、西安与当地医学实验室均有合作。此外,金匙医学协助郑州、深圳、南昌、济南、昆明、海口、南京等多家三甲医院实现院内开展病原基因检测项目。

 

金匙医学多位合伙人来自顶级外资药企、硅谷著名临床诊断公司以及国内成功基因检测类公司的管理层,多数从业时间都在二十年以上。公司现有员工近400人,企业90%以上人员为生命科学和临床医学背景,普遍在基因测序、医药、诊断企业,医疗机构和微生物研究机构工作多年。企业20%以上人员拥有博士学历,50%以上人员拥有硕士学历。 

 

金匙医学已获得数个I类,II类注册证,2项已授权发明专利,二十余项计算机软著,并与多家顶级临床院所深入合作,发表20余篇高分SCI文章,其中共一和共通讯作者文章5篇。2020年7月,金匙医学研发的“病原微生物测序数据分析软件”成功获得医疗器械注册证。
 

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