tNGS 和 mNGS，两种测序技术有何区别？

文摘 2024-12-04 08:00 湖北

在现代医学诊断中，感染性疾病的快速、准确鉴定对于有效治疗至关重要。随着分子生物学技术的飞速发展，高通量测序技术已成为病原微生物鉴定的重要手段。其中，病原靶向测序（tNGS）和病原宏基因组测序（mNGS）作为两种主要的测序技术，它们在病原体检测中展现出各自的优势和特点。

本文旨在深入探讨tNGS和mNGS两种技术的区别，包括它们的技术特点、优势、应用场景、成本与时间效率，以及各自的局限性和未来改进方向，以期为临床微生物检测提供指导和参考。

tNGS与mNGS简单介绍

病原靶向测序（tNGS）

病原靶向测序（tNGS）是一种基于超多重PCR扩增（或靶向捕获）与高通量测序技术相结合的新一代测序技术。tNGS不依赖于传统的微生物培养，直接对临床样本中的几十种至几百种已知病原微生物及其毒力和/或耐药基因进行富集，再进行高通量测序，然后与数据库进行比对分析，根据比对到的序列信息来判断样本包含的病原微生物种类。tNGS能够快速、客观地检测临床样本中较多的病原微生物，为临床诊断提供依据。对低浓度的病原微生物的检测，特别是其毒力和/或耐药基因检测尤其具有优势。

病原宏基因组测序（mNGS）

病原宏基因组测序（mNGS）是一种高通量测序技术，通过对临床样本中微生物和宿主核酸的测序分析，可以无偏倚地检测多种病原微生物。mNGS技术直接针对样本中所有核酸进行无偏性测序，结合病原微生物数据库及特定算法，检测样本中含有的可能病原微生物序列。随着该技术的社会经济成本不断降低和技术的不断完善，已逐渐从科研走向临床应用，成为临床疑难和未知病原微生物检验的重要手段。

02 tNGS与mNGS的技术特点

tNGS的技术优势

病原靶向测序（tNGS）技术具有以下几个显著的技术优势：

成本效益：tNGS由于无需去人源化，直接对靶向基因进行测序，所需测序数据量较小，因此测序更快，价格更便宜。市场上的mNGS通常价格较高，而tNGS价格相对较低，甚至有些产品价格降至千元以下。
检测灵敏度：tNGS通过使用特异性的引物或探针对目标微生物的核酸进行富集后再进行测序，能够检测出浓度较低的病原微生物，因此在检测灵敏度上比mNGS更有优势。
同时检测耐药基因及毒力基因：tNGS技术可以针对耐药/毒力基因进行目标区域富集，确保准确稳定的检出，这对于临床治疗和药物选择具有重要意义。
简化解读流程：tNGS由于目标病原体设定范围明确，可以显著简化解读流程，使得结果更易于理解和应用。

mNGS的技术优势

病原宏基因组测序（mNGS）技术的优势主要体现在：

无偏好的全面检测：mNGS能够对样本中的所有核酸进行无偏性测序，这使得它能够检测包括已知和未知病原体在内的广泛微生物，尤其在发现新发和罕见病原体方面具有独特优势。
快速精准鉴定：mNGS技术可以快速精准地鉴定病原体，为早期目标抗感染治疗提供证据支持，这对于指导抗菌药物的合理应用和避免滥用至关重要。
高通量检测：mNGS的高通量特性使其能够同时检测多种病原体，这对于多重感染的诊断尤为重要。
辅助早期病原学诊断：mNGS可以辅助早期病原学诊断，指导抗感染药物选择，实现早期目标治疗、降低患者的病死率。

tNGS与mNGS的技术对比

tNGS与mNGS的主要区别在于检测范围和特异性：

检测范围：mNGS不限制检测范围，只要达到一定丰度的病原体都可以检测到，而tNGS只能检测设计了探针/引物的病原，通常是几十到几百种。
检测灵敏度：tNGS通过靶向富集目标病原体核酸序列，可以特异性增加测序数据中目标病原体序列的数量和比例，提高对目标微生物检测的reads数和覆盖度，因此在灵敏度上通常优于mNGS。
成本与时间效率：tNGS由于其靶向性，通常成本较低，检测时间也较短，而mNGS由于需要处理更多的数据，成本和时间相对较高。
耐药与毒力基因检测：tNGS可以稳定地进行耐药或毒力基因的检测，而mNGS在这方面存在一定的局限性。

03 tNGS与mNGS的应用场景

tNGS的临床应用

病原靶向测序（tNGS）技术在临床上的应用主要集中在以下几个方面：

呼吸道感染：tNGS能够同时检测RNA病毒和DNA病毒，覆盖导致呼吸道感染的常见病原，包括免疫缺陷患者中可见的真菌、非结核分枝杆菌和部分胞内病原。对于大多数临床呼吸道感染的病原诊断，多重扩增tNGS已能满足临床需要。
中枢神经系统感染：tNGS在中枢神经系统感染的诊断中显示出潜力，尤其是在解决病原诊断的痛点方面。
血流感染：tNGS在血流感染的诊断中也显示出优势，尤其是在初步诊断脓毒症的患者外周血样本中，其病原检出的敏感性超过了mNGS。
生殖系统和消化道系统感染：tNGS产品也覆盖了生殖系统和消化道系统的感染，尽管这些领域的临床应用量还较少，需要更多研究来验证其性能。
结核及结核耐药：tNGS在结核病及其耐药性诊断中具有应用价值，与XPert的敏感性相同，与mNGS效果相当。
病理切片诊断：tNGS可用于开辟病理切片上诊断耐药结核病的新途径。

mNGS的临床应用

病原宏基因组测序（mNGS）技术在临床上的应用主要包括：

疑难危重感染：mNGS应用于怀疑感染的急危重症患者，尤其是常规检测阴性但怀疑感染等疑难重症的患者。
新发罕见病原：mNGS在新发和罕见病原体的鉴定方面具有独特价值，能够无偏向性地检出标本中的多种病原微生物。
混合感染：mNGS能够检测样本中的多种病原体，因此在混合感染的诊断中特别有用。
免疫缺陷患者感染：mNGS适用于免疫缺陷患者的感染诊断，能够检测包括病毒、细菌、真菌和寄生虫在内的多种病原体。
呼吸道感染：mNGS在呼吸道感染的诊断中，尤其是在难检测微生物和肺部共感染的检测方面，能够有效提高灵敏度。
耐药预测：mNGS提供了额外的基因组信息，可用于耐药性预测，帮助指导临床抗感染治疗。

04 tNGS与mNGS的成本与时间效率

成本比较

病原靶向测序（tNGS）与病原宏基因组测序（mNGS）在成本上存在显著差异。tNGS由于其靶向性，所需测序数据量较小，因此测序更快，价格更便宜。根据市场情况，tNGS的成本大约是mNGS的1/4到1/3。tNGS可以应用相对更简单、定价也更低的基因测序仪，并且核酸需求量是mNGS的1/10，从而测序数据量更小，进一步降低了成本。此外，tNGS在测序操作层面对使用者的专业水平要求不高，整体自动化程度更高，这在一定程度上降低了人力成本。

时间效率比较

在时间效率方面，tNGS和mNGS的检测周期都相对较短。tNGS的检测时间相对较短（8～16小时），而mNGS的时间相对较长（24～36小时）。tNGS由于其靶向性，可以更快地完成样本的检测流程。样本送到实验室内基本可以在20小时以内出结果。相比之下，mNGS由于需要处理更多的数据，包括去人源化等步骤，因此在时间上相对较长。tNGS的快速检测能力使其在紧急临床情况中更具优势，能够为临床提供更及时的诊断信息。

综上所述，tNGS和mNGS作为高通量测序技术中的两大支柱，在病原微生物检测领域各有千秋。tNGS以其高灵敏度、低成本和快速检测的特点，在特定病原体的检测中展现出明显优势，尤其是在结核病、甲型流感病毒等病原体的检测和耐药性评估中。而mNGS则以其无偏倚、全面检测样本中所有遗传信息的能力，在罕见和未知病原体的鉴定中发挥着不可替代的作用。

随着技术的不断进步和成本的降低，这两种技术将在未来的临床微生物检测中发挥更大的作用，为感染性疾病的诊断和治疗提供更为精准的科学依据。然而，它们也各自面临着技术挑战和改进空间，需要科研人员和临床工作者的共同努力，以实现更高效、更准确的病原体检测。

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