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Die Geheimnisse der Mikroorganismen enthüllen: Wie identifiziert mNGS versteckte Krankheitserreger in der klinischen Praxis?
Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie läutet die klinische Mikrobiologie eine neue Runde von Veränderungen ein. Unter anderem nutzt die klinische metabolische Genomik (mNGS) fortschrittliche Gensequenzierungstechnologie, um das genetische Material (DNA oder RNA) von Mikroorganismen und Wirten aus klinischen Proben von Patienten umfassend zu analysieren. Diese Technologie verbessert nicht nur die Fähigkeit zur Erkennung von Krankheitserregern, sondern zeigt ihr Potenzial insbesondere dann, wenn herkömmliche Nachweismethoden versagen.
mNGS kann die Genome von Bakterien, Pilzen, Parasiten und Viren direkt anhand klinischer Proben identifizieren und charakterisieren, ohne dass vorherige Kenntnisse über den spezifischen Erreger erforderlich sind.
Herkömmliche Methoden zur Krankheitserregererkennung sind häufig durch vorgefasste Annahmen über bekannte Krankheitserreger eingeschränkt, was es in manchen Fällen unmöglich macht, die Ursache zu ermitteln. Mit der Einführung von mNGS hat sich das alles geändert. Im Kern ermöglicht die Technologie die Erkennung aller potenziellen Krankheitserreger in einer Probe, was für die Diagnose von Infektionskrankheiten von entscheidender Bedeutung ist, insbesondere wenn andere, gezieltere Tests wie die PCR versagen.
mNGS-Arbeitsablauf
Ein typischer mNGS-Workflow umfasst die folgenden Schritte:
- Probensammlung: umfasst Blut, Stuhl, Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit, Urin oder Nasopharynx-Abstrich usw.
- RNA/DNA-Extraktion: Verwenden Sie ein spezielles Extraktionskit, um das genetische Material in der Probe zu extrahieren.
- Bibliotheksvorbereitung und Optimierungsstrategie: Umfasst hauptsächlich Zielauswahl und Entfernung von Hintergrundgeräuschen.
- Hochdurchsatz-Sequenzierung: Wählen Sie eine geeignete Sequenzierungsplattform zur Sequenzierung von Nukleinsäurefragmenten.
- Bioinformatische Analyse: Sequenzierungsdaten verarbeiten und interpretieren.
Die bioinformatische Analyse erfordert Fachwissen und Computerressourcen, und eine eingehende Datenanalyse bietet die notwendige Unterstützung für die klinische Diagnose.
Jeder Schritt in diesem Prozess ist entscheidend und hat einen erheblichen Einfluss auf die endgültigen Testergebnisse. Insbesondere Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologien wie das Illumina MiSeq-System sind zu einem der wichtigsten Instrumente zur Diagnose von Infektionskrankheiten geworden. Mithilfe dieser Technologie können Wissenschaftler potenzielle Krankheitserreger schnell und genau identifizieren.
Anwendung von mNGS bei Infektionskrankheiten
mNGS bietet großes Potenzial für die Diagnose von Infektionskrankheiten, insbesondere bei unbekannten Ätiologien:
- Diagnose von Meningitis und Enzephalitis: Diese Technologie kann eine Vielzahl pathogener Mikroorganismen identifizieren, wenn herkömmliche Tests die Diagnose nicht bestätigen können.
- Studie zur antimikrobiellen Resistenz: Mit mNGS können die Arzneimittelresistenzgene von Krankheitserregern schnell erkannt werden, was bei der Entwicklung geeigneterer Behandlungspläne hilft.
- Reaktion auf Epidemien: Bei der Prävention und Bekämpfung neu auftretender Infektionskrankheiten können mNGS Krankheitserreger rechtzeitig identifizieren und bei der Entscheidungsfindung im Bereich der öffentlichen Gesundheit helfen.
mNGS bietet einen umfassenden Identifizierungsrahmen für potenziell krankheitserregende Mikroorganismen und ist in der Lage, mehrere Krankheitserreger in einem einzigen Test zu identifizieren.
Bei Patienten mit Lungenentzündung kann mNGS beispielsweise das Vorhandensein pathogener Bakterien schnell feststellen, was für die Entwicklung eines wirksamen Behandlungsplans von entscheidender Bedeutung ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden bietet mNGS ein breiteres Nachweisspektrum und kann Mischinfektionen mit vielen Bakterien, Viren oder Pilzen nachweisen.
Herausforderungen
Obwohl mNGS großes Potenzial für klinische Anwendungen aufweist, ist es auch mit zahlreichen Herausforderungen konfrontiert:
- Klinische Praktikabilität: Derzeit stammen die meisten mNGS-Daten aus Fallberichten und es gibt noch immer wenige Fälle, die wirklich in der klinischen Praxis umgesetzt werden.
- Laborvalidierung: Viele Tests wurden nicht validiert, was die Glaubwürdigkeit von mNGS im klinischen Umfeld beeinträchtigt.
- Genauigkeit und Empfindlichkeit: Ein starker Rauschpegel kann die Genauigkeit des Tests beeinträchtigen, insbesondere im Falle einer Mischinfektion.
- Kostenüberlegungen: Derzeit sind die Kosten für mNGS noch relativ hoch, was seine weitverbreitete klinische Anwendung einschränkt.
Mit der Weiterentwicklung der Technologie müssen Wissenschaftler und medizinisches Personal gemeinsam daran arbeiten, diese Herausforderungen zu überwinden und mNGS in Zukunft besser für die klinische Praxis nutzbar zu machen.
Wenn wir auf die Entwicklung von mNGS zurückblicken, hat uns diese Technologie das Geheimnis der mikrobiellen Welt gelüftet. Doch gibt es in der täglichen klinischen Anwendung noch immer viele potenzielle Krankheitserreger, die noch nicht identifiziert und verstanden wurden?
