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Wie funktioniert mNGS ohne bekannten Erreger?
Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie werden die Diagnosemethoden der klinischen Mikrobiologie ständig weiterentwickelt. Unter ihnen gilt die Sequenzierungstechnologie der nächsten Generation (mNGS) für die klinische Metagenomik als revolutionäre Innovation, deren Potenzial insbesondere im Umgang mit unbekannten Krankheitserregern unbegrenzt ist. mNGS ermöglicht es Gesundheitsdienstleistern, Krankheitserreger anhand klinischer Proben schnell und genau zu identifizieren, ohne dass sie den spezifischen Erreger vorher kennen müssen, was für die Diagnose und Behandlung am Point-of-Care von entscheidender Bedeutung ist.
mNGS kann nicht nur pathogene Bakterien, Pilze, Parasiten usw. identifizieren, sondern auch potenzielle Viren analysieren, wodurch die diagnostische Genauigkeit von Infektionskrankheiten erheblich verbessert wird.
Einführung in den mNGS-Prozess
Der mNGS-Betriebsprozess umfasst normalerweise Probenentnahme, RNA/DNA-Extraktion, Bibliotheksvorbereitung, Hochdurchsatzsequenzierung und bioinformatische Datenanalyse. Die Qualität der Probe wirkt sich direkt auf die Genauigkeit der Ergebnisse aus. Blut und Zerebrospinalflüssigkeit sind relativ saubere Proben, während Stuhl und Urin eine große Anzahl residenter Mikroorganismen enthalten können.
Probennahme und -extraktion
Die Probenentnahme ist der erste Schritt bei mNGS und muss unter sterilen Bedingungen erfolgen, um eine Kontamination der Proben zu vermeiden. Anschließend wurden genomische DNA und RNA mithilfe von Extraktionskits aus den Proben zur nachfolgenden Analyse extrahiert. Zu den gängigen Extraktionskits gehört das RNeasy PowerSoil Total RNA Kit von Qiagen.
Optimierung von Bibliotheksvorbereitungstechniken
Aufgrund des vorhandenen Hintergrundrauschens ist eine Optimierung während der Bibliotheksvorbereitung von entscheidender Bedeutung. Um die Wahrscheinlichkeit der Erkennung von Krankheitserregersignalen zu erhöhen, werden verschiedene Techniken wie negative Selektion und positive Anreicherung eingesetzt. Bei der negativen Selektion bleiben die Nukleinsäuren der Krankheitserreger erhalten, indem der Hintergrund des Wirts- und Mikrobengenoms eliminiert wird, während bei der positiven Anreicherung der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Erkennung von Krankheitserregersignalen liegt.
Die Wahl der Hochdurchsatzsequenzierung hängt von den Forschungszielen, der Erfahrung und dem Qualifikationsniveau des jeweiligen Labors ab. Derzeit ist das Illumina MiSeq-System die am weitesten verbreitete Plattform.
Anwendung von mNGS bei Infektionskrankheiten
Eine wichtige Anwendung von mNGS in der Diagnostik von Infektionskrankheiten ist die Möglichkeit, sowohl gezielte als auch ungezielte Tests durchzuführen. Gezielte Tests weisen tendenziell eine höhere Sensitivität beim Nachweis bekannter Mikroorganismen auf, während bei nicht gezielten Tests eine umfassende Analyse der Proben im gesamten Genom möglich ist.
Für schwer zu diagnostizierende Infektionen wie Lungenentzündungen, deren Ursache nicht genau bestimmt werden kann, bietet mNGS eine kostengünstige Lösung, was insbesondere während Epidemien wie COVID-19 wichtig ist.
Fallanalyse und Herausforderungen
Zahlreiche Studien haben die Anwendung von mNGS bei akuten Erkrankungen wie Meningitis, Myelitis und Sepsis nachgewiesen, was nicht nur eine genaue Identifizierung der Erreger ermöglicht, sondern auch bei der Überwachung von Krankheitsausbrüchen in Krankenhäusern hilft. Allerdings ist die klinische Anwendung von mNGS noch mit einigen Herausforderungen verbunden, darunter klinischer Nutzen, Zuverlässigkeit im Labor und Kosten.
Derzeit werden die meisten mNGS-Ergebnisse als Fallberichte präsentiert, was ihre Verbreitung in der klinischen Mikrobiologie behindert. Die wahre und wirksame Diagnose muss noch durch weitere Forschung und Praxis bewiesen werden.
Zukunftsaussichten
Angesichts möglicher Epidemien wird die Entwicklung der mNGS-Technologie die Reaktionsfähigkeit des öffentlichen Gesundheitswesens weiter verbessern. Mit fortschreitendem technologischen Fortschritt dürften ihre Anwendungen in Bereichen wie Krankheitserregerüberwachung, Antibiotikaresistenzforschung und Mikrobiomanalyse zunehmen und letztlich zur Weiterentwicklung der modernen Medizin beitragen.
Werden wir in naher Zukunft erleben, dass mNGS zu einem Routinetestinstrument für die klinische Diagnose wird und noch mehr unbekannte Krankheitserreger ausgerottet werden?
