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알려진 병원체 없이 mNGS는 어떻게 작동하나요?
과학 기술의 발전과 함께 임상 미생물학의 진단 방법은 끊임없이 혁신을 이루고 있습니다. 그중에서도 임상 메타유전체학 차세대 염기서열 분석 기술(mNGS)은 혁명적인 혁신으로 여겨지며, 특히 알려지지 않은 병원체에 직면할 때 그 잠재력은 무한합니다. mNGS를 사용하면 의료진은 특정 병원체에 대한 사전 지식 없이도 임상 샘플에서 병원체를 빠르고 정확하게 식별할 수 있으며, 이는 현장 진단 및 치료에 매우 중요합니다.
mNGS는 병원성 세균, 진균, 기생충 등을 식별할 수 있을 뿐만 아니라 잠재적인 바이러스도 분석할 수 있어 감염병의 진단 정확도를 크게 향상시킵니다.
mNGS 과정 소개
mNGS의 작업 프로세스에는 일반적으로 샘플 수집, RNA/DNA 추출, 라이브러리 준비, 고처리량 시퀀싱 및 생물정보학 데이터 분석이 포함됩니다. 검체의 품질은 결과의 정확성에 직접적인 영향을 미칩니다. 혈액과 뇌척수액은 비교적 깨끗한 검체이지만, 대변과 소변에는 다수의 상주 미생물이 포함될 수 있습니다.
샘플 수집 및 추출
샘플 수집은 mNGS의 첫 번째 단계로, 샘플 오염을 방지하기 위해 멸균 조건에서 수행해야 합니다. 그런 다음 다운스트림 분석을 위해 추출 키트를 사용하여 샘플에서 게놈 DNA와 RNA를 추출합니다. 일반적인 추출 키트에는 Qiagen의 RNeasy PowerSoil Total RNA 키트 등이 포함됩니다.
라이브러리 준비 기술 최적화
배경 소음이 있기 때문에 라이브러리 준비 중 최적화가 중요합니다. 병원체 신호의 검출 확률을 높이기 위해 음성 선택 및 양성 농축과 같은 여러 기술이 사용됩니다. 음성 선택은 숙주 및 미생물 게놈의 배경을 제거하여 병원체 핵산을 보존하는 반면, 양성 농축은 병원체 신호 검출을 개선하는 데 중점을 둡니다.
고처리량 시퀀싱의 선택은 각 실험실의 연구 목표, 경험 및 기술 수준에 따라 달라집니다. 현재 Illumina MiSeq 시스템은 가장 입증되고 널리 사용되는 플랫폼입니다.
mNGS의 감염성 질환에의 적용
감염성 질환 진단에서 mNGS의 주요 응용 분야는 표적 및 비표적 탐지를 모두 수행할 수 있는 능력입니다. 표적 테스트는 알려진 미생물의 검출에 더 민감한 반면, 비표적 테스트는 게놈 전체 방식으로 샘플을 포괄적으로 분석할 수 있습니다.
원인을 정확히 규명할 수 없는 폐렴 등 진단이 어려운 감염성 질환의 경우 mNGS는 비용 효율적인 솔루션을 제공하며 이는 코로나19와 같은 전염병 상황에서 특히 중요합니다.
사례 분석 및 과제
많은 연구에서 수막염, 척수염, 패혈증과 같은 급성 질환에 mNGS를 적용하는 것이 확인되었습니다. mNGS는 정확한 병원체 식별을 제공할 뿐만 아니라 병원 전염병을 모니터링하는 데도 도움이 됩니다. 그러나 mNGS의 임상적 적용은 임상적 유용성, 실험실 신뢰성, 비용 등의 문제를 포함하여 여전히 몇 가지 과제에 직면해 있습니다.
현재 대부분의 mNGS 결과는 사례 보고로 제시되어 있어 임상 미생물학에서의 대중화를 방해하고 있으며, 이를 입증하려면 여전히 추가 연구와 실습이 필요합니다.
향후 전망
잠재적인 전염병에 직면한 상황에서 mNGS 기술의 개발은 공중보건의 대응 역량을 더욱 강화할 것입니다. 기술이 발전함에 따라 병원체 모니터링, 항생제 내성 연구, 마이크로바이옴 분석 등의 분야에 활용이 늘어나 궁극적으로 현대 의학의 발전을 촉진할 것으로 기대됩니다.
가까운 미래에 mNGS가 임상 진단을 위한 일상적인 탐지 도구가 되어 알려지지 않은 병원체를 더 많이 제거하게 될까요?
