ما الذي يفعله تسلسل الميتاجينوميات فعلياً
تطرح الاختبارات القياسية للعدوى سؤالاً واحداً في المرة: هل هذا فيروس الإنفلونزا، هل هذا الإشريكية القولونية، هل تنمو هذه الثقافة بكتيريا معروفة. يعمل تسلسل الجيل القادم للميتاجينوميات أو mNGS بالطريقة المعاكسة. يستخرج كل جزء من الحمض النووي والحمض النووي الريبوسي الموجود في عينة دم أو سائل الفقري أو نسيج ويسلسله جميعاً، ثم يقارن النتيجة مع قواعس البيانات المرجعية لتحديد أي الكائنات الحية موجودة، وفقاً لمراجعة للتقنية نُشرت على منصة PubMed Central التابعة للمركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية.
نظراً لأن الاختبار لا يتطلب فرضية مسبقة حول المسبب، فيمكنه أن يشير إلى البكتيريا والفيروسات والفطريات والطفيليات في تشغيل واحد، بما في ذلك مسببات الأمراض التي لم يكن الطبيب السريري قد فكر فيها، كما تنص المراجعة.
من اكتشاف كوفيد-19 إلى إلغاء عملية زراعة
كان أوضح عرض عام للتقنية في أواخر عام 2019، عندما لم يتمكن الفيروسيون الصينيون الذين يحققون في حالات الالتهاب الرئوي غير المبررة في ووهان من تحديد السبب بالاختبارات التقليدية. أظهر الانتقال إلى تسلسل الميتاجينوميات أن المادة الوراثية تطابق عائلة فيروس كورونا، وهو اكتشاف أبلغت عنه BBC Future وسرع العمل التشخيصي واللقاح على ما أصبح يُعرف باسم كوفيد-19.
توضح حالات المرضى الفرديين التي استشهدت بها BBC Future الرهان. في جامعة كاليفورنيا بسان فرانسيسكو، كانت امرأة تعاني من التهاب السحايا وفشل الكبد موجهة لعملية زراعة كبد عندما حدّد الاختبار الميتاجينومي فيروس التهاب الكبد E بدلاً من ذلك. قال تشارلز تشيو، أستاذ في جامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو والمقتبس من التقرير: "أعطيناها دواء مضاد للفيروسات، تحسنت، ووفرنا عليها الخضوع لعملية الزراعة." في تجربة منفصلة في مستشفى في لندن، حدّد نفس النهج السل في مريض كان يُعتقد أنه يعاني من سرطان الرئة، مما تجنب جراحة غير ضرورية، وفقاً لنفس التقرير.
أسرع، لكن ليس روتينياً بعد
كان وقت الاستجابة حاجزاً رئيسياً. أخبر نيراجان ناجاراجان من الجامعة الوطنية بسنغافورة BBC Future أن التحليل الميتاجينومي اعتاد أن يستغرق "عدة أيام إلى أسبوع"؛ يمكن لآلات التسلسل الآن إنتاج نتائج الحمض النووي في ساعة إلى ساعتين، مع تسريع أدوات الذكاء الاصطناعي خطوة مطابقة الأنماط.
توفر مراجعة PubMed Central أرقاماً أكثر تفصيلاً: تستغرق سير العمل التشخيصية التقليدية عادة 24 إلى 72 ساعة، بينما قدّم التسلسل القائم على nanopore - تقنية القراءة الطويلة - نتائج في نفس اليوم في 86% من الحالات، بمتوسط وقت استجابة 6.7 ساعات. تتراوح تكاليف التسلسل لكل عينة من حوالي 100 إلى 300 دولار حسب المنصة، كما تقول المراجعة، على الرغم من أن هذا الرقم يستثني تكاليف العمل والحوسبة والتخزين التي تضيف إلى السعر الحقيقي لإجراء الاختبار.
حيث يتفوق على الاختبارات القياسية وحيث لا يزال يكافح
جمعت نفس المراجعة النتائج من دراسات سريرية متعددة تقارن mNGS مع التشخيص التقليدي عبر عدة أنواع من العدوى.
mNGS مقابل الاختبار التقليدي في الإعدادات السريرية المختارة| الإعداد السريري | معدل الكشف بـ mNGS | نتيجة الطريقة التقليدية |
|---|
| العدوى في الجهاز العصبي المركزي | 63% العائد التشخيصي | أقل من 30% مع النهج التقليدية |
|---|
| تعفن الدم / مرضى العناية المركزة | 87.7% الكشف | 52.3% مع زراعة الدم |
|---|
| الحمى غير معروفة الأصل | 81.5% الحساسية | 47.3% مع الثقافة |
|---|
| العدوى المنقولة بالدم | 77.7% الكشف | 47.9% مع الثقافة |
|---|
| عدوى المفصل بجانب الأطراف الاصطناعية | 89-95.5% الحساسية | 72.7% مع الثقافة |
|---|
| العينات التنفسية | 95% تحديد الممرض | 59% مع الثقافة |
|---|
تأتي هذه المكاسب مع تحذيرات تقنية تحددها المراجعة على أنها غير محلولة. في عينات الدم أو سائل النخاع الشوكي، يمكن أن يأتي أكثر من 90% من قراءات التسلسل من خلايا المريض نفسه بدلاً من مسبب الأمراض، مما يخفي الإشارات الميكروبية الضعيفة. في العينات التي تحتوي على عدد قليل جداً من الأحياء الدقيقة في البداية، يمكن أن يمثل التلوث من كواشف المختبر ما يصل إلى 45% من القراءات المبلغ عنها. تلاحظ المراجعة أيضاً أنه لا يوجد عتبة عدد قراءة متفق عليها لاستدعاء نتيجة إيجابية، وأن تغييراً واحداً لتلك العتبة يمكن أن يقلب عينة حدودية من إيجابية إلى سلبية.
يزيد الوضع التنظيمي من عدم اليقين: في الولايات المتحدة، تعمل معظم اختبارات mNGS كاختبارات مطورة بمختبرات معتمدة بموجب CLIA بدلاً من الاختبارات المعتمدة من قبل إدارة الغذاء والدواء، ولا توجد رمز فواتير تأمين مخصص للإجراء، ويتم رفض أكثر من 23% من مطالبات التأمين ذات الصلة، وفقاً للمراجعة.
استخدام التسلسل للقبض على التفشيات داخل المستشفيات
التطبيق ذو الصلة هو تتبع كيفية انتشار العدوى بمجرد أن تكون داخل المستشفى، بدلاً من تشخيص مريض واحد. في مركز جامعة نبراسكا الطبي، يستخدم زميل علم الأحياء الدقيقة السريري شون فريد تسلسل الجينوم كامل طويل المدى مع التعلم الآلي لمقارنة العينات البكتيرية التي تم جمعها من المرضى وتحديد التفشيات المحتملة مبكراً، وفقاً لتقرير من غرفة أخبار UNMC.
قام فريق فريد بتسلسل 40 عزلة بكتيرية سالبة الغرام و 15 عينة من الإنتيروكوكس المقاومة للفانكومايسين من مرضى طب نبراسكا الذين دخلوا المستشفى لأكثر من يومين، ثم قاموا بتحليل الوراثة لمعرفة كيفية ارتباط السلالات بقرب. يلاحظ تقرير UNMC أن الفريق اختار التسلسل طويل المدى جزئياً لأنه أرخص وأفضل في كشف البلازميدات - العناصر الوراثية المتنقلة التي غالباً ما تحمل جينات مقاومة المضادات الحيوية - من البدائل قصيرة المدى. تكلف التفشيات المرتبطة بالرعاية الصحية ما يقدر بحوالي 45 مليار دولار سنوياً في الولايات المتحدة، كما يقول التقرير، من خلال إقامات المستشفى الممتدة والعلاج الإضافي بالمضادات الحيوية.
الإنذار المبكر خارج سرير المستشفى
تطبق مختبرات ناجاراجان في سنغافورة بالفعل نفس مبدأ التسلسل على عينات المياه العادمة والهواء للبحث عن الفيروسات الناشئة قبل أن تسبب تفشيات معترف بها، وفقاً لتقرير BBC Future، وهي حالة استخدام يصفها الباحثون بأنها نظام إنذار مبكر محتمل للأوبئة المستقبلية.
عبر استخدامات التشخيص والمراقبة، يصف الباحثون المقابلون تسلسل الميتاجينوميات على أنه أداة تكميلية بدلاً من استبدال جملة واحدة للعلم الميكروبي الموجود، في انتظار مزيد من توحيد العتبات والموافقة التنظيمية وتقليل التكاليف.
أُعدّت هذه المادة بالذكاء الاصطناعي وخضعت لتدقيق آلي للمصادر قبل النشر. إن رأيت خطأً فاطلب تصحيحه. طلب تصحيح أو حق الرد · كيف نعمل
