Nanopore metagenomics enables rapid clinical diagnosis of bacterial lower respiratory infection

基因组 纳米孔测序 生物 金标准(测试) 微生物培养 微生物学 聚合酶链反应 纳米孔 DNA 基因 计算生物学 DNA测序 细菌 遗传学 医学 纳米技术 内科学 材料科学
作者
Themoula Charalampous,Gemma L. Kay,Hollian Richardson,Alp Aydin,Rossella Baldan,Christopher Jeanes,Duncan Rae,Sara J. Grundy,Daniel J. Turner,John Wain,Richard M. Leggett,David M. Livermore,Justin O’Grady
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:37 (7): 783-792 被引量:710
标识
DOI:10.1038/s41587-019-0156-5
摘要

The gold standard for clinical diagnosis of bacterial lower respiratory infections (LRIs) is culture, which has poor sensitivity and is too slow to guide early, targeted antimicrobial therapy. Metagenomic sequencing could identify LRI pathogens much faster than culture, but methods are needed to remove the large amount of human DNA present in these samples for this approach to be feasible. We developed a metagenomics method for bacterial LRI diagnosis that features efficient saponin-based host DNA depletion and nanopore sequencing. Our pilot method was tested on 40 samples, then optimized and tested on a further 41 samples. Our optimized method (6 h from sample to result) was 96.6% sensitive and 41.7% specific for pathogen detection compared with culture and we could accurately detect antibiotic resistance genes. After confirmatory quantitative PCR and pathobiont-specific gene analyses, specificity and sensitivity increased to 100%. Nanopore metagenomics can rapidly and accurately characterize bacterial LRIs and might contribute to a reduction in broad-spectrum antibiotic use. Nanopore sequencing coupled with a metagenomics framework that effectively removes human DNA from samples enables rapid bacterial LRI diagnosis.
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