Новое оружие для диагностики туберкулеза и выявления лекарственной устойчивости: целевое секвенирование нового поколения (tNGS) в сочетании с машинным обучением для диагностики гиперчувствительности к туберкулезу.
Обзор литературы: CCa: диагностическая модель, основанная на tNGS и машинном обучении, подходящая для людей с туберкулезом с низкой бактериальной активностью и туберкулезным менингитом.
Тема диссертации: Целенаправленное секвенирование нового поколения и машинное обучение для выявления туберкулеза: сверхчувствительная диагностическая стратегия для выявления дефицита легочных канальцев и тубулярного менингита.
Периодическое издание: 《Clinica Chimica Acta》.
IF: 6.5
Дата публикации: январь 2024 года
В сотрудничестве с Университетом Китайской академии наук и Пекинской больницей грудных заболеваний Столичного медицинского университета компания Macro & Micro-Test разработала модель диагностики туберкулеза на основе технологии целевого секвенирования нового поколения (tNGS) и метода машинного обучения. Эта модель обеспечила сверхвысокую чувствительность обнаружения туберкулеза с малым количеством бактерий и туберкулезного менингита, предоставила новый метод диагностики гиперчувствительности для клинической диагностики двух типов туберкулеза и способствовала точной диагностике, выявлению лекарственной устойчивости и лечению туберкулеза. Одновременно было установлено, что циркулирующая внеклеточная ДНК (cfDNA) плазмы пациента может использоваться в качестве подходящего типа образца для клинического анализа при диагностике туберкулезного менингита.
В данном исследовании были использованы 227 образцов плазмы и спинномозговой жидкости для создания двух клинических когорт. Образцы из лабораторной диагностической когорты использовались для построения модели машинного обучения для диагностики туберкулеза, а образцы из клинической диагностической когорты — для проверки построенной диагностической модели. Все образцы сначала были подвергнуты воздействию специально разработанного пула целевых зондов для Mycobacterium tuberculosis. Затем, на основе данных секвенирования TB-tNGS, модель дерева решений использовалась для проведения 5-кратной перекрестной проверки на обучающем и валидационном наборах данных лабораторной диагностической очереди, и были получены диагностические пороги для образцов плазмы и спинномозговой жидкости. Полученный порог был использован в двух тестовых наборах данных клинической диагностической очереди для обнаружения, а диагностическая эффективность модели оценивалась с помощью ROC-кривой. Наконец, была получена диагностическая модель туберкулеза.
Рис. 1. Схематическое изображение плана исследования.
Результаты: Согласно определенным в данном исследовании пороговым значениям для образцов ДНК спинномозговой жидкости (AUC = 0,974) и циркулирующей внеклеточной ДНК плазмы (AUC = 0,908), среди 227 образцов чувствительность образца спинномозговой жидкости составила 97,01%, специфичность — 95,65%, а чувствительность и специфичность образца плазмы — 82,61% и 86,36% соответственно. При анализе 44 парных образцов циркулирующей внеклеточной ДНК плазмы и ДНК спинномозговой жидкости от пациентов с туберкулезным менингитом диагностическая стратегия данного исследования показала высокую согласованность — 90,91% (40/44) для циркулирующей внеклеточной ДНК плазмы и ДНК спинномозговой жидкости, а чувствительность составила 95,45% (42/44). У детей с легочным туберкулезом диагностическая стратегия данного исследования оказалась более чувствительной к образцам плазмы, чем результаты обнаружения Xpert в образцах желудочного сока от тех же пациентов (28,57% против 15,38%).
Рис. 2. Анализ эффективности модели диагностики туберкулеза на выборках населения.
Рис. 3. Результаты диагностики парных образцов.
Заключение: В данном исследовании был разработан высокочувствительный диагностический метод туберкулеза, который может обеспечить диагностический инструмент с самой высокой чувствительностью для клинических пациентов с олигобациллярным туберкулезом (отрицательный результат посева). Выявление высокочувствительного туберкулеза на основе циркулирующей внеклеточной ДНК плазмы может быть подходящим типом образца для диагностики активного туберкулеза и туберкулезного менингита (образцы плазмы легче собрать, чем спинномозговую жидкость, у пациентов с подозрением на туберкулез головного мозга).
Оригинальная ссылка: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0009898123004990? via%3Dihub
Краткое описание продуктов серии Macro & Micro-Test для диагностики туберкулеза
Учитывая сложную ситуацию с образцами туберкулезных больных и разнообразные потребности, компания Macro & Micro-Test предлагает полный набор решений для секвенирования нового поколения (NGS), включающий экстракцию из мокроты методом разжижения, создание библиотек на платформе Qualcomm, секвенирование и анализ данных. Продукция охватывает быструю диагностику туберкулеза, определение лекарственной устойчивости туберкулеза, типирование микобактерий туберкулеза и нетуберкулезных микобактерий, диагностику гиперчувствительности у больных туберкулезом без бактериальной инфекции и у больных туберкулезом и т.д.
Наборы для серийного выявления туберкулеза и микобактерий:
| Номер изделия | название продукта | контент для тестирования продукции | тип образца | применимая модель |
| HWTS-3012 | Образец агента для высвобождения | Используемое для обработки образцов мокроты методом разжижения, оборудование получило регистрационный номер первого класса: Sutong Machinery Equipment 20230047. | мокрота | |
| HWTS-NGS-P00021 | Набор для количественного определения туберкулеза высокой чувствительности Quantum от Quantum (метод захвата зонда) | Неинвазивное (жидкостная биопсия) определение гиперчувствительности к бактериям при туберкулезе легких и узловых образованиях в головном мозге; образцы лиц с подозрением на туберкулез или нетуберкулезные микобактерии были проанализированы с помощью высокоточного секвенирования метагеномики, и была получена информация об инфицировании туберкулезными или нетуберкулезными микобактериями, а также информация об основных препаратах первой линии, резистентных к микобактериям туберкулеза. | Периферическая кровь, жидкость альвеолярного лаважа, гидроторакс и асцит, образец пункционной биопсии, спинномозговая жидкость. | Второе поколение |
| HWTS-NGS-T001 | Набор для типирования микобактерий и определения лекарственной устойчивости (метод мультиплексного амплифицированного секвенирования) | Тест на типирование микобактерий, включая MTBC и 187 нетуберкулезных микобактерий.；Выявление лекарственной устойчивости Mycobacterium tuberculosis охватывает 13 препаратов и 16 ключевых мутационных участков генов лекарственной устойчивости. | Мокрота, жидкость альвеолярного лаважа, гидроторакс и асцит, образец пункционной биопсии, спинномозговая жидкость. | Двухплатформенная модель второго/третьего поколения |
Основные характеристики: Набор HWTS-NGS-T001 для типирования микобактерий и определения лекарственной устойчивости (метод мультиплексной амплификации).
Введение в продукт
Данный продукт основан на основных препаратах первой и второй линии, описанных в рекомендациях ВОЗ по лечению туберкулеза, макролидах и аминогликозидах, обычно используемых в рекомендациях по лечению нетуберкулезных микобактерий, а также охватывает все группы участков, связанных с лекарственной устойчивостью, согласно каталогу мутаций комплекса Mycobacterium tuberculosis ВОЗ, а также другие гены лекарственной устойчивости и участки мутаций, описанные в авторитетных отечественных и зарубежных исследованиях и статистических данных.
Идентификация по типу основана на штаммах нетуберкулезных микобактерий (НТМ), обобщенных в руководстве по НТМ, опубликованном в «Китайском журнале туберкулеза и респираторных заболеваний», а также на консенсусе экспертов. Разработанные праймеры для типирования позволяют амплифицировать, секвенировать и аннотировать более 190 видов НТМ.
С помощью технологии целевой мультиплексной ПЦР-амплификации были амплифицированы гены генотипирования и гены лекарственной устойчивости микобактерий, и получена комбинация ампликонов целевых генов для обнаружения. Амплифицированные продукты могут быть использованы для создания библиотек высокопроизводительного секвенирования второго или третьего поколения, и все платформы секвенирования второго и третьего поколений могут быть подвергнуты высокоглубокому секвенированию для получения информации о последовательности целевых генов. Путем сравнения с известными мутациями, содержащимися во встроенной эталонной базе данных (включая каталог мутаций комплекса Mycobacterium tuberculosis ВОЗ и его связь с лекарственной устойчивостью), были определены мутации, связанные с лекарственной устойчивостью или чувствительностью к противотуберкулезным препаратам. В сочетании с решением для обработки образцов мокроты с самораскрывающимся контейнером от Macro & Micro-Test была решена проблема низкой эффективности амплификации нуклеиновых кислот в клинических образцах мокроты (в десять раз выше, чем при использовании традиционных методов), что позволило напрямую применять секвенирование для определения лекарственной устойчивости к клиническим образцам мокроты.
Диапазон обнаружения продукта
34гены, связанные с лекарственной устойчивостью18противотуберкулезные препараты и6Были обнаружены препараты, относящиеся к группе нетуберкулезных микобактерий, в том числе...297Места локализации лекарственной устойчивости; Десять видов Mycobacterium tuberculosis и более190Были обнаружены различные виды нетуберкулезных микобактерий.
Таблица 1: Информация о 18+6 препаратах +190+НТМ
Преимущество продукта
Высокая клиническая применимость: образцы мокроты можно анализировать непосредственно с помощью саморазжижающего агента без культивирования.
Экспериментальная процедура проста: первый этап усиления не представляет сложности, а создание библиотеки завершается за 3 часа, что повышает эффективность работы.
Комплексное типирование и определение лекарственной устойчивости: охват участков типирования и определения лекарственной устойчивости микобактерий туберкулеза и нетуберкулезных микобактерий, которые являются ключевыми клинически важными точками, точное определение типирования и лекарственной устойчивости, поддержка независимого программного обеспечения для анализа и создание отчетов об анализе одним щелчком мыши.
Совместимость: совместимость с продуктами, адаптация к основным платформам ILM и MGI/ONT.
Технические характеристики изделия
| Код товара | название продукта | Платформа обнаружения | технические характеристики |
| HWTS-NGS-T001 | Набор для типирования микобактерий и определения лекарственной устойчивости (метод мультиплексной амплификации) | ONT、Illumina、MGI、Салус про | 16/96rxn |
Дата публикации: 23 января 2024 г.