测序超级细菌 希望与困难同在

全基因组测序有望阻止，至少是扼制，传染病在医院的爆发，但它目前仍不是标准程序。Lauren Ware在BioTechniques上深入探讨了测序疾病爆发的好处和障碍。

2011年底，英国一家医院的多名婴儿被耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）感染。随后，Wellcome Trust Sanger研究院的一个研究小组开始分析这些病例的样本。他们想要确定，这些感染是否构成了爆发。总的来说，医院的数据不是那么明确；病例传播的时间轴上存在缺口，让人难以下结论过去六个月内是否存在爆发。医生们于是联系了研究小组。此时，新的病例突然出现在同一病房中。

研究小组分析了新的MRSA样本，确认新病例属于原先爆发的一部分。多亏了高分辨率的基因组测序技术，研究人员能够告诉医生，尽管传播的时间轴上有缺口，但医院中的所有MRSA菌株都是相关的。此外，数据表明这是个内部问题，一名工作人员很有可能充当了MRSA传染的携带者。于是，他们对150名工作人员进行采样并测序。在发表于《柳叶刀-传染病》的文章中，研究人员确定一名医护人员为携带者1。此人被隔离、治疗，后重返工作岗位。自此，医院再没有MRSA感染。

Sanger研究院的微生物学家Julian Parkhill认为，这十分激动人心。“这是基因组测序首次被实时应用，来干预爆发。若没有测序，一个新病例不足以让我们采取行动。”

展望未来，Parkhill认为DNA测序将被常规使用，以便搞清楚这些耐药细菌的爆发。对于英国医院的这种情况，如果一开始就使用测序，那么爆发可能在第一个病例出现后就停止了。

改变临床实践

就目前而言，医院大多使用较低分辨率的方法来鉴定细菌，如PCR分析。尽管多位点序列分型（MLST）有时也用于多重耐药的感染，如MRSA，但也有问题，因为医院相关的感染往往是由属于同一序列类型的细菌引起的。这种分辨率水平不能为医生带来分离感染源所需的信息。此外，每个不同的生物体都需要特定的分型试剂，而测序是一种适用于所有细菌的方法。

基因组测序可能对革兰氏阴性的耐药细菌病例特别有用，尤其是那些耐受碳青霉烯类抗生素的细菌。2011年，美国NIH临床中心发现了耐受碳青霉烯的克雷伯氏菌感染。2 研究人员利用基因组测序来深入了解爆发过程，并构建了系统进化树，表明感染是相互关联的。这种分析明确显示了细菌如何在患者之间传播。

尽管测序还不是标准的，但从研究中获得的信息已经改变了临床实践。“我们了解到，我们需要在患者监控上更加积极主动，而我们一直很诚实，因为我们不希望它发生在任何人身上，”美国国家人类基因组研究所的Julia Segre谈道。

剑桥大学的临床微生物学家Sharon Peacock表示，测序还可能对结核病有帮助。目前大约需要数周甚至更长的时间，才能完成结核病的抗生素耐药性检测。同时，患者必须接受抗生素治疗，而不知道这是否有效。有了测序，患者可能在几天内就获得有效的抗生素治疗。

为何还不是常规？

如果基因组测序能够告诉我们这么多有关感染的信息，那么为什么它还不能常规使用呢？在医院推出这种类型的分析之前，配套的基础设施还有待开发。最大的障碍是开发细菌基因组的参考数据库。

“为了分析任何一个分离株，你需要一个数据库，将其放在遗传和地理背景下，”Peacock说。这将使得新采样的细菌能够更快地分析。在理想情况下，科学家建立一个自动化的系统，能有效编码研究人员目前开展分析所用的专业知识。这样，医生放入样品，就获得一份可以使用的报告。

Segre补充道：“我们还需要以不同仪器测序的参考基因组，这可能会导致结果稍有不同。我们需要知道哪些差异是来自测序平台，而哪些是来自细菌的真正演化。”

尽管最近利用全基因组测序来分析MRSA和克雷伯氏菌的研究表明这种技术很有效，但是下一步还要证明它具有成本效益。“我们必须让卫生经济学家和医生来看看成本。这方面的研究还没有开始呢，”Peacock说。

由于细菌的基因比人类少得多，全基因组测序的成本大约在100-200美元。当然，测序仪、数据分析，以及参考数据库开发的成本没有计入这一数字。“我们还需要对成本和效益进行详细的调查，”Peacock说。“这项技术在哪里发挥作用，在哪里没有作用？”

在某些情况下，测序确实做得很好，但它并不会带给你疾病进程的信息。就控制成本而言，在需要的时候测序才是关键。至于测序成本和周转时间，“我们不需要做任何事情让它下降，”Parkhill说。“现在人类基因组测序已经是一个巨大的市场，这也很好地转化到微生物测序。”

（作者Lauren Ware/生物通编译）

参考文献

Harris, S. R., E. J. J. Cartwright, M. E. Török, M. T. T. Holden, N. M. Brown, A. L. Ogilvy-Stuart, M. J. Ellington, M. A. Quail, S. D. Bentley, J. Parkhill, and S. J. Peacock. 2012. Whole-genome sequencing for analysis of an outbreak of meticillin-resistant Staphylococcus aureus: a descriptive study. The Lancet Infectious Diseases. Early Online Publication, 14 November 2012. doi:10.1016/S1473-3099(12)70268-2.

Snitkin, E. S., A. M. Zelazny, P. J. Thomas, F. Stock, NISC Comparative Sequencing Program Group, D. K. Henderson, T. N. Palmore, and J. A. Segre. 2012. Tracking a hospital outbreak of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae with whole-genome sequencing. Science Translational Medicine. 4(148):148ra116.