本研究采用全基因组测序方法,分析导致Candida glabrata对抗真菌药物产生耐药性的基因突变。C. glabrata对棘白菌素类、唑类和5-氟胞嘧啶耐药的分离株被用于测序,以展示该方法学。分离株的药敏谱与特定基因中突变模式的有无相关。
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本研究采用全基因组测序方法,分析导致Candida glabrata对抗真菌药物产生耐药性的基因突变。C. glabrata对棘白菌素类、唑类和5-氟胞嘧啶耐药的分离株被用于测序,以展示该方法学。分离株的药敏谱与特定基因中突变模式的有无相关。
Candida glabrata 可迅速获得导致耐药性的突变,尤其是对唑类和棘白菌素类药物的耐药性。鉴定基因突变至关重要,因为所检测到的耐药性 体外 常常与临床治疗失败相关。我们探讨了利用全基因组测序(WGS)进行抗真菌药物耐药性全基因组分析的可行性 C. glabrata目的是识别全基因组测序(WGS)实施过程中的促进因素与障碍,并评估其有效性。本文概述了WGS方法学中的关键质量控制节点和基本组成要素,以研究与抗真菌药物敏感性降低相关的遗传标志物。同时估算了数据分析的准确性及检测周转时间。
12株临床分离株和1株ATCC菌株的表型敏感性 C. glabrata 通过抗真菌药物敏感性试验确定。这些菌株包括来自3例患者的3对分离株,均表现出药物最低抑菌浓度升高。其中2对分离株的第2个菌株对棘白菌素类药物产生耐药性,第3对分离株的第2个菌株对5-氟胞嘧啶产生耐药性。其余菌株为敏感株及唑类耐药株。通过下一代测序技术进行全基因组测序(WGS),在耐药菌株中确认了与棘白菌素类、唑类及5-氟胞嘧啶耐药相关的单核苷酸多态性(SNPs)。 抗真菌耐药基因中的非同义SNPs,例如 FKS1, FKS2, CgPDR1, CgCDR1 和 FCY2 被鉴定出来。总体而言,WGS测序读段平均有98%被比对到参考基因组。 C. glabrata 分离株与参考基因组比对,获得约75倍的测序深度覆盖。检测周转时间与成本与Sanger测序相当。
总之,对C. glabrata进行全基因组测序(WGS)能够揭示与多种抗真菌药物类别耐药性相关的临床重要基因突变,而无需进行多次PCR或DNA测序反应。这标志着在临床实验室中建立WGS能力以同时检测导致抗真菌耐药的突变方面迈出了积极的一步。
Candida glabrata 是一种日益常见的病原体,因其对唑类药物以及近期对棘白菌素类药物表现出耐药性而备受关注1,2,3。与二倍体的 C. albicans 不同,C. glabrata 的单倍体基因组可能使其更容易获得突变并发展出多重耐药性。已有报道指出其对这两类药物同时产生共耐药现象4。因此,早期评估 C. glabrata 的抗真菌药物敏感性并检测其耐药性,对于实施正确、靶向的治疗以及推动抗真菌药物管理以减少抗菌药物耐药的驱动因素至关重要1,5,6。建立高效的检测流程,以快速识别耐药分离株中与耐药生物标志物相关的确认性突变,也将有助于优化用药决策和改善临床结局。
抗真菌药物敏感性通常通过测定最低抑菌浓度(MIC)来评估,MIC被定义为与无药物生长对照相比,能够显著抑制微生物生长的最低药物浓度。临床与实验室标准协会(CLSI)和欧洲抗菌药物敏感性试验委员会(EUCAST)已对敏感性检测方法进行了标准化,以提高MIC测定的准确性和一致性7,8。然而,抗真菌药物MIC的应用仍存在局限性,尤其是对于棘白菌素类药物,在不同实验室之间进行比较时尤为明显,因为所采用的方法学和实验条件存在差异9。此外,MIC值与棘白菌素治疗反应之间的相关性尚不明确,且无法区分野生型(或敏感型)菌株与携带FKS突变(即棘白菌素耐药株)的菌株10,11。尽管已有确认性的单基因PCR和抗真菌耐药标志物的Sanger测序方法,但由于缺乏对多种耐药标志物的同步检测,检测结果往往延迟5,12。因此,基于全基因组测序的分析技术能够实现对基因组不同位点耐药相关突变的同步检测,相较于现有方法具有显著优势。
全基因组测序(WGS)已成功应用于追踪疫情暴发期间的疾病传播,同时也被用作细菌和病毒全基因组风险评估及耐药性检测的一种方法13。近年来,核酸测序技术的进步使得病原体的全基因组测序(WGS)在临床可操作的时间范围内,在技术和经济上均成为可行。与微生物学实验室中使用的其他病原体鉴定和表征方法相比,DNA测序具有重要优势14,15,16。首先,它提供了一种通用的解决方案,具有高通量、快速和高质量的特点。测序可应用于各类微生物,并可在本地或区域实验室实现规模经济。其次,它生成的数据以“可长期使用”的格式保存,便于在国家和国际层面进行比对。最后,随着包含参考基因组的公共数据库迅速增长,WGS在医学中的潜在应用价值得到了增强,这些数据库可与包含额外临床和流行病学元数据的等效数据库相链接17,18。
近期研究表明,全基因组测序(WGS)可用于从临床分离的Candida spp.中鉴定抗真菌药物耐药标志物10,19,20。这主要得益于高通量台式测序仪的普及、成熟的生物信息学分析流程以及测序成本的持续降低21,22。相较于Sanger测序,真菌WGS的优势在于可在单次运行中同时对多个基因组进行测序。此外,对Candida基因组进行WGS可识别药物靶点中的新发突变,追踪遗传进化过程以及临床相关序列型的出现20,22,23。尤为重要的是,在固有性多重耐药的情况下,WGS可在选择治疗方案前协助早期检测介导耐药的突变22,24。
在此,我们探讨了利用全基因组测序(WGS)进行筛查以检测与各类抗真菌药物耐药性相关突变的可行性。我们从终端用户和诊断性真菌学实验室的角度,提出了一种实施WGS的方法学。本分析纳入了三个独立临床病例中培养获得的三对分离株。 体外 随着时间的推移,真菌在抗真菌治疗后对棘白菌素类和5-氟胞嘧啶产生了耐药性。
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本研究无需伦理审批。
1. Candida glabrata 的传代培养与接种物制备
2. 抗真菌药物敏感性测定
3. 用于测序的基因组DNA提取
4. 基因组DNA定量
5. DNA文库构建
注意:文库构建和测序均按照公司提供的制造商方案和指南进行(图1A)(见材料表)。
6. 文库合并及在台式测序仪中启动测序
7. 从测序网站下载数据
8. 测序数据分析
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研究了13株C. glabrata,包括C. glabrata ATCC 90030以及来自悉尼Westmead医院临床真菌学参考实验室的12株分离株(分离株CMRL1至CMRL12)(表1)。其中包括三对在抗真菌治疗前后获得的分离株CMRL-1/CMRL-2、CMRL-3/CMRL-4和CMRL-5/CMRL-6,这些分离株之间无流行病学关联24(表1)。
采用CLSI解释性折点法测定9种抗真菌药物的最低抑菌浓度(MIC),这些药物分别为两性霉素B(Amphotericin, AMB)、阿尼芬净(Anidulafungin, ANI)、米卡芬净(Micafungin, MIF)、卡泊芬净(Caspofungin, CAS)、5-氟胞嘧啶(5-Flucytosine, 5-FC)、泊沙康唑(Posaconazole, POS)、伏立康唑(Voriconazole, VR...
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本研究确定了全基因组测序(WGS)指导检测光滑念珠菌(C. glabrata)耐药性的可行性、大致时间线及精确度。文库制备和测序的周转时间(TAT)为四天,分析结果的报告时间为一至两天。这与从培养平板进行药敏试验以及Sanger测序相比,TAT至少相当,但通量显著更高。根据测序芯片的容量,可同时测序约30至90个光滑念珠菌(C. glabrata)基因组,测序覆盖度达80%至100%。由于测序是在本单位建立的WGS实验室完成,本研究中的成本和资源需求相当于当前Sanger测序和探针法检测的成本,每样本估计费用为80至100澳元(AUD)。所有分离株的药敏性均通过商业检测试剂盒测定,并使用读数镜进行目视判读。培养生长通过比色生长指示剂颜色由蓝色变为粉红色来判断。最低抑菌浓度(MIC)读取为一系列粉红色(生长)孔之后的第一个蓝色孔,即能够显著抑制真菌生长的最低抗真菌药物浓度。对于WGS检测,使用文库制备试剂盒构建基因组DNA文库。分离株文库通过qPCR进行定量。定量后的文库被混合,用于在台式测序仪上进行最终测序运行。
在我们...
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作者声明无竞争性财务利益,也无其他利益冲突需要披露。
本工作由传染病与微生物学中心公共卫生部门资助。作者未获得本研究的其他任何资金支持。作者感谢Alicia Arnott博士、Nathan Bachmann博士和Ranjeeta Menon博士在全基因组测序实验中提供的专业建议和协助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| DensiCHECK Plus | BioMérieux Inc | K083536 | 用于麦氏比浊法测定的密度计 |
| Sensititre YeastOne | TREK Diagnostic Systems, Thermo Scientific | YO10 | 含标准抗真菌药物的商用药物敏感性检测板 |
| Fisherbrand 一次性接种环和接种针 | Fisher Scientific, Thermo Fisher Scientific | 22-363-605 | 一次性塑料接种环可直接从包装中取出使用,无需灼烧灭菌 |
| Eppendorf Safe-Lock 微量离心管 | Sigma Aldrich, Merck | T2795 | 体积 2.0 mL,自然色 |
| 来自 Arthrobacter luteus 的 ZYMOLYASE 20T | MP Biomedicals, LLC | 8320921 | 用于真菌分离株在 DNA 提取前的细胞壁裂解 |
| Wizard 基因组 DNA 纯化试剂盒 | Promega | A1120 | 可进行 100 次 DNA 提取 |
| Quant-iT PicoGreen dsDNA 检测试剂盒 | Thermo Fisher Scientific | P7589 | 试剂盒中的 Picogreen 试剂在实验方案中称为荧光染料 包含用于检测的 λ DNA 标准品和 Picogreen 试剂 |
| Nextera XT DNA 样本制备试剂盒 | Illumina | FC-131-1096 | 包含用于 96 个样本的试剂盒 1 和试剂盒 2 |
| Nextera XT Index Kit v2 | Illumina | FC-131-2001, FC-131-2002, FC-131-2003, FC-131-2004 | Index set A Index set B Index set C Index set D |
| NextSeq 500/550 High Output Kit v2 | Illumina | FC-404-2004 | 300 个循环,每套试剂盒可处理超过 250 个样本 |
| NextSeq 500 Mid Output v2 试剂盒 | Illumina | FC-404-2003 | 300 个循环,每套试剂盒可处理超过 130 个样本 |
| PhiX Control Kit | Illumina | FC-110-3001 | 用于按顺序排列 Index Kit 中的索引 |
| TruSeq Index Plate Fixture Kit | FC-130-1005 | 含 2 个固定装置 | |
| KAPA 文库定量试剂盒 用于下一代测序 | KAPA Biosystems | KK4824 | 包含预配置的标准品、引物和 MasterMix |
| Janus NGS Express 液体处理系统 | PerkinElmer | YJS4NGS | 用于测序过程中的 DNA 稀释 |
| 0.8 mL 储存板 | Thermo Scientific | AB0765B | MIDI 板,用于 DNA 文库纯化和 标准化 |
| Agencourt AMPure XP | Beckman Coulter | A63881 | 溶液中的磁珠,用于文库纯化 |
| Magnetic Stand-96 | Thermo Fisher Scientific | AM10027 | 用于基于磁珠的 DNA 纯化 |
| OrbiShaker MP | Benchmark Scientific | BT1502 | 96 孔板振荡器,配备 4 个平台 |
| Hard Shell PCR 板 | BioRad | HSP9601 | 薄壁,96 孔 |
| LightCycler 480 仪器 II | Roche | 5015278001 | 可容纳 96 孔板 |
| Microseal 'B' PCR 板密封膜,带粘性,光学透明 | BioRad | MSB1001 | 透明 96 孔板密封膜 |
| CLC Genomics Workbench | Qiagen | CLCBio | 数据分析软件,版本 8 |
| NextSeq500 仪器 | Illumina | Illumina | 台式测序仪,用于下一代测序 |
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