基因组学技术可以加速食源性细菌暴发的检测

基于宏基因组学的新的测试方法可以加速食源性细菌暴发的诊断，使公共卫生官员在不到一天的时间内识别微生物的罪魁祸首。该方法还可以确定与次生微生物的共感染，确定病原体的具体变体，并帮助警戒卫生官员了解新的或不常见的病原体的存在。

佐治亚理工学院和美国疾病控制与预防中心（CDC）的研究人员最近将传统的基于文化的方法与新型常见食源性沙门氏菌两次严重爆发的样本进行了比较。宏基因组学方法 - 依赖于DNA测序和所得测序数据的生物信息学分析 - 不仅正确鉴定了细菌的罪魁祸首，而且发现可能与第二重要病原体葡萄球菌共同感染。

广泛使用新的霰弹枪元代谢方法可以改善实时疾病监测，提供更好的病原体丰度定量图，帮助科学家和医生了解身体天然微生物的反应。由CDC和国家科学基金会的支持，研究报告11月23日在“ 应用与环境微生物学 ”杂志上。

卡尔顿威尔德佐治亚理工学院副教授科斯塔斯·康斯坦丁尼迪斯（Kostas Konstantinidis）解释说：“当我们收到样品时，我们可以通过对样品中微生物的基因组进行排序，直接进行表征，而不需要等待常规培养技术。和环境工程。“使用计算分析，我们可以说出病原体是什么，识别变体，其毒力因子，甚至抗生素对其有效。这通常可以在一天内完成。“

用于鉴定食源性细菌的常规技术涉及培养微生物以增加检测所需的数量。这需要时间，只要两三天，一些细菌不会在传统文化媒体上生长，并且可能会被遗漏。聚合酶链反应（PCR）也可用于鉴定病原菌，但也依赖于从培养物中分离出未知的微生物。

Metagenomics技术已经被用于分析从湖泊生态系统到饮用水管道中的微生物含量。来自阿拉巴马州和科罗拉多州单独细菌暴发的样品的评估是食源性细菌诊断方法的首选应用之一。

CDC的肠道疾病实验室的微生物学家/生物信息学家Andrew Huang博士解释说：“粪便样本非常复杂，含有大量与人类不同的DNA，健康的细菌和您吃的食物。“从病人的粪便直接产生细菌DNA指纹的过程就像在大肠杆菌中发现各种DNA的针头。因此，使用宏基因组检测疾病处于研究和开发的早期阶段。然而，这项研究显示，可以直接从健康和病人那里使用粪便来确定谁参与疫情，这将彻底改变我们今后检测和监测食源性疾病的方式。“

Metagenomics通过对样品中存在的所有DNA进行测序来鉴定存在的微生物，并将基因组数据与已知微生物数据库进行比较。除了鉴定样品中存在的细菌外，该方法还可以测量每种微生物物种的相对丰度及其毒力潜力等等。

“目前，最先进的DNA指纹法，全基因组测序，首先需要拔出，或者在纯培养物中分离出使人生病的细菌，以产生指纹，”黄先生联合领导了一个致力于文化独立和基因组学亚型。“Metagenomics不同于全基因组测序，因为它可以使我们对病人样本中的所有DNA进行排序。它可以让我们跳过隔离步骤，直接从粪便样品到细菌的高度详细的DNA指纹，让你生病。这种方法可以节省时间，并提供更多细节，有助于诊断病人和识别疫情。“

在2013年发生的两次疫情中，传统的诊断技术和宏基因组学方法得出了相同的答案，但宏基因组数据提供了有关细菌表型的具体信息，并确定了两个样品中存在的继发性金黄色葡萄球菌病原体。了解特定的表型可以帮助确定爆发的起源，而关于继发感染的信息可能有助于解释相关因素，如感染的严重性。

科学家们也能够排除一种 - 大肠杆菌（或大肠杆菌） - 因为这种变体不是有毒的。这种细菌的变体天然存在于肠道微生物群中（称为“共生大肠杆菌 ”），而其他变体则是臭名昭着的肠道病原体。Metagenomics显示，爆发样品中大肠杆菌的丰富程度可能是共同的，当沙门氏菌感染期间条件变得更为有利时，其生长可能加速。在评估的两个案例中，科学家们能够确定尽管症状相似，但是爆发是由沙门氏菌的不同变种引起的 因此可能没有连接。

食源性疾病爆发的多达一半从未归咎于源头。这些疫情可能是由新的感染因子或食物中不常见的微生物引起的。宏基因组学方法可以帮助识别未知的微生物，潜在地提供新的疫情预警。

Konstantinidis说：“没有通过培养方法，我们可以看到样品中的所有微生物。“我们可以在一天左右得到这些信息，这对于选择正确的抗生素来对抗感染，控制疫情和与食品生产商合作，召回引起疫情的项目非常重要。答案越早越好。“

尽管研究证实了预期的好处，但是在新方法可以广泛使用之前，必须解决两个挑战，康斯坦丁尼迪斯说。

第一个是成本，可以显着高于传统方法，这表明宏基因组测试可能首先在复杂的情况下使用。第二个挑战是从样品中去除人类DNA。所有的DNA都必须进行测序，但人类DNA可以占基因组数据的99％，所以从考虑中去掉它可以加速分析。

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