【原】当测序遇上耐药

自抗生素问世以来，成功解决了临床上部分细菌感染的难题。然而，随着抗生素的不合理使用导致细菌对抗生素药物敏感性减小，使抗生素疗效降低甚至无效，产生细菌耐药性。耐药菌增加了感染性疾病患者的治愈难度及死亡率，严重威胁人类的健康和安全。

    近年来，随着高通量测序技术的快速发展，高通量测序技术已逐渐在病原菌的检测、毒力基因的筛查等领域实现了应用。那么当测序遇上耐药会产生什么样的“化学反应”呢？让我们一起来看下香港大学张彤教授及其团队怎么说~

#香港大学张彤教授团队答笔者问#

张彤教授您好！ 请问您为什么会关注耐药问题，并探索NGS技术在耐药检测中的应用呢？

耐药问题已关系到人的健康，人类自发明抗生素之后，很多疾病得到控制，但随着细菌的耐药问题逐渐变得严重，抗生素的治疗效果日趋降低。

细菌的耐药性作为一个公共健康的严重威胁，受到越来越多的关注，但是我们对它的认识还十分有限。NGS可以快速鉴定及定量样本中的耐药性细菌，从而推进耐药性细菌在与人类活动相关环境中的赋存与归趋的调研工作。基于NGS的研究显示耐药性细菌主要赋存于污水处理系统（如城市生活污水，医院废水和制药厂废水），但是一些自然水体及土壤甚至于我们的饮用水样品中，也被报道过检出耐药性致病菌。

当然，耐药性细菌的广泛存在并不意味着其携带的危害也越高。在评价耐药性细菌所携带的危害的时候，除了其赋存状况，我们还需评价检出的耐药性细菌的致病性。

那目前您在耐药检测方面都取得了哪些进展呢？相比于其他技术，其优势在于哪里呢？

我们研究小组早期工作集中在对城市污水处理系统中赋存的耐药细菌种类及丰度进行调研。从NGS的测序所得的大量“ATCG”中提取出关于耐药基因的信息，我们需要一本耐药基因的“字典”（数据库）及查询这本“字典”的检索方法。在已有文献中我们并没有发现有这样一套标准化的检索方法来快速准确地检测及定量样品中的耐药基因。于是我们小组通过生物信息学的手段，整理兼并了已报道的抗性基因的数据库，并针对NGS测序结果开发了ARGs-OAP这个耐药基因的检测分析平台（网址：http://smile./SARGs/）。我们的耐药基因的数据库涵盖度广且无冗余，且数据库中每一条序列都通过核酸序列比对及蛋白序列保守区域同源性鉴定，保证了数据库的准确性。有了这本耐药基因的“字典”之后，我们开发了一套两步检索法：先用Usearch作快速初筛，再用BLAST精准鉴定。这种做法实现了这两种比对工具的扬长补短，达到高效且精准有效率的抗性基因的鉴定。另外，我们将检索到的抗性基因序列的丰度进行了细胞水平上的转化。也就是说，我们的分析平台会输出细胞水平上的抗性基因的丰度，即，每一个16S rRNA基因拷贝水平上的耐药基因丰度或每个细胞数所携带的的耐药基因丰度。这样一来，细胞水平上定量化的抗性基因的结果可以直接用于下游分析，如进行qPCR定量结果进行比较或是在不同类型样品之间的抗性基因丰度的比较。

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目前国外的耐药检测技术情况是怎样的呢？

从现有文献来看，主要检测技术包括基于NGS测序结果的分析及针对特定的耐药基因qPCR 或Reverse transcription PCR或基因芯片检测。我们平台从开放至今已经有超过10000次来自全世界各地的访问使用。其中活跃用户群主要来自国内、美国和欧洲，印度、澳洲和南美的用户也逐渐增多。这些访问数据足以说明，现阶段，基于NGS短序列比对检测抗性基因仍旧是研究中所使用的重要方法。基于NGS测序结果的分析手段也是多种多样，有用短序列鉴定耐药基因的，也有用组装序列来鉴定的。在以Oxford Nanopore为代表的三代测序技术迅速崛起的当下，基于三代测序结果开发抗性基因及其宿主的分析鉴定平台又是另外一个大的挑战及机遇。

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关于耐药基因型和表型的关联性问题，您是如何看的呢？

耐药基因型是表型的基础，但同时，耐药表型也受到其它因素的影响。耐药基因还需通过转录跟表达才能在细菌体中行使相应的抗性功能，若一些因素影响到这两步，那么这个耐药基因就不会表现出抗性。

关于检测微生态中的耐药基因及其丰度，对于环境学、医学、公共卫生学未来的应用前景，您是如何预测的呢？

检测耐药基因是我们认识这个“敌人”的第一步，只有了解了它在环境中的广泛存在和传播迁移途径，才能知己知彼，从而制定进一步的抗性基因环境消减技术。消减抗生素抗性基因在环境中的水平是为了延长当前和未来抗生素的使用寿命。鉴于耐药基因可以超越宿主进行传播，缓解应对策略可能最好集中在基因水平上，以尽量减少下游繁殖扩散的风险。另外，制定新的政策来限制抗生素耐药性的传播，如建立抗生素的监测与排放标准，也至关重要。医学上，如能将耐药基因的鉴定变成病情诊断的一部分，实现更快速的判断，从而帮助医生选择不耐受的抗生素，及时遏制病情，也能避免抗生素的滥用。

张彤教授简介：香港大学土木工程系教授，主要研究方向为环境生物信息学、微生物组学技术、厌氧生物处理、污水生物处理、新兴污染物的生物降解、污水中抗生素抗性基因检测等。张彤教授实验室在环境分子生物学技术和宏基因组学技术等方面积累了丰富经验。在The ISME Journal，Environmental Science &Technology，Water Research，AnalyticaChimicaActa，Bioinformatics 等学术期刊上发表论文200多篇，获得中国和美国专利各一项。2011-2014年间受聘兼任“华大基因”环境微生物和环境生物技术的特邀顾问，2013-2016年受聘兼任南京大学讲座教授，2015年获得自然科学一等奖，2016年国家自然科学二等奖，以及2017年香港大学优秀研究生导师。

PS：ARGs-OAP 2.0已入驻我们的微生物数据分析云平台（https://analysis.）啦！

疾控领域的小伙伴们不仅可以在ARGs-OAP这个耐药基因的检测分析平台（http://smile./SARGs/）进行耐药基因的检测，也可以通过微生物数据分析云平台进行耐药基因分析哦！

微生物数据分析云平台中ARGs-OAP 2.0具体内容和操作小编将再下篇文章中详细介绍，敬请期待！