Aplicación de la secuenciación metagenómica de nanoporos con depleción de hospedador en la detección clínica de patógenos en cerdos y gatos
Autores: Han, Xu; Xia, Zhaofei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Aplicación de la secuenciación metagenómica de nanoporos con depleción de hospedador en la detección clínica de patógenos en cerdos y gatos
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Zootecnia
Palabras clave
Secuenciación metagenómica
Detección de patógenos
Eliminación de genes del huésped
Secuenciación por nanoporo
Detección en tiempo real
Ensamblaje de genomas virales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 6
Citaciones: Sin citaciones
La secuenciación metagenómica es una herramienta valiosa para detectar de manera no específica varios microorganismos en muestras, ofreciendo ventajas únicas para detectar patógenos emergentes, patógenos exigentes o no cultivables, y infecciones mixtas. Recientemente se ha aplicado para detectar clínicamente microorganismos patógenos en animales; sin embargo, la alta proporción de genes del huésped, el costoso equipo de secuenciación y la complejidad de los métodos de secuenciación y análisis de datos han limitado su utilidad clínica. En este estudio, se empleó una combinación de homogeneización de tejidos y digestión con nucleasas para eliminar los genes del huésped de muestras de cerdo y gato; luego se extrajeron ADN y ARN y se sometieron a amplificación PCR no selectiva para detectar simultáneamente los genomas de patógenos de ADN y ARN utilizando celdas de flujo R9.4.1 o R10.4.1 en la plataforma MinION. La detección de patógenos en tiempo real se llevó a cabo utilizando EPI2M WIMP, y la ensamblaje de genomas virales se realizó utilizando NanoFilt, minimap2, samtools e ivar. Se examinaron patógenos en cinco muestras clínicas (suero, hisopo nasofaríngeo, heces o ascitis) de gatos y cuatro muestras clínicas (tejido pulmonar o del intestino delgado) de cerdos mediante secuenciación metagenómica, y los resultados fueron consistentes con los obtenidos por PCR y cultivo bacteriano. Además, detectamos cuatro virus y tres bacterias que pueden estar asociados con enfermedades. Una comparación de los resultados antes y después de la eliminación de genes del huésped en tres muestras mostró una reducción del 9-50% en los genes del huésped. También comparamos la eficiencia de ensamblaje de seis genomas virales y encontramos que volúmenes de datos que oscilan entre 3.3 y 98.3 MB eran suficientes para ensamblar más del 90% de los genomas virales. En resumen, este estudio utilizó métodos de secuenciación metagenómica y análisis optimizados por nanoporo para reducir los genes del huésped, disminuir el volumen de datos requerido para el análisis de secuenciación y permitir la detección en tiempo real para determinar cuándo detener la secuenciación. El proceso de secuenciación y análisis simplificado supera las barreras para la aplicación clínica veterinaria de la secuenciación metagenómica y proporciona una referencia para la implementación clínica.
Descripción
La secuenciación metagenómica es una herramienta valiosa para detectar de manera no específica varios microorganismos en muestras, ofreciendo ventajas únicas para detectar patógenos emergentes, patógenos exigentes o no cultivables, y infecciones mixtas. Recientemente se ha aplicado para detectar clínicamente microorganismos patógenos en animales; sin embargo, la alta proporción de genes del huésped, el costoso equipo de secuenciación y la complejidad de los métodos de secuenciación y análisis de datos han limitado su utilidad clínica. En este estudio, se empleó una combinación de homogeneización de tejidos y digestión con nucleasas para eliminar los genes del huésped de muestras de cerdo y gato; luego se extrajeron ADN y ARN y se sometieron a amplificación PCR no selectiva para detectar simultáneamente los genomas de patógenos de ADN y ARN utilizando celdas de flujo R9.4.1 o R10.4.1 en la plataforma MinION. La detección de patógenos en tiempo real se llevó a cabo utilizando EPI2M WIMP, y la ensamblaje de genomas virales se realizó utilizando NanoFilt, minimap2, samtools e ivar. Se examinaron patógenos en cinco muestras clínicas (suero, hisopo nasofaríngeo, heces o ascitis) de gatos y cuatro muestras clínicas (tejido pulmonar o del intestino delgado) de cerdos mediante secuenciación metagenómica, y los resultados fueron consistentes con los obtenidos por PCR y cultivo bacteriano. Además, detectamos cuatro virus y tres bacterias que pueden estar asociados con enfermedades. Una comparación de los resultados antes y después de la eliminación de genes del huésped en tres muestras mostró una reducción del 9-50% en los genes del huésped. También comparamos la eficiencia de ensamblaje de seis genomas virales y encontramos que volúmenes de datos que oscilan entre 3.3 y 98.3 MB eran suficientes para ensamblar más del 90% de los genomas virales. En resumen, este estudio utilizó métodos de secuenciación metagenómica y análisis optimizados por nanoporo para reducir los genes del huésped, disminuir el volumen de datos requerido para el análisis de secuenciación y permitir la detección en tiempo real para determinar cuándo detener la secuenciación. El proceso de secuenciación y análisis simplificado supera las barreras para la aplicación clínica veterinaria de la secuenciación metagenómica y proporciona una referencia para la implementación clínica.