UltraSEQ, a Universal Bioinformatic Platform for Information-Based Clinical Metagenomics and Beyond

https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.04160-22

メタゲノム解析は、病原体を非標的的に検出することができる強力な手法であり、臨床診断への応用により、現在の標的アッセイの限界を緩和することが期待されている。メタゲノミクスは、培養不可能な病原体や潜在的な新規病原体を含むあらゆる病原体を同定するための仮説に基づかないアプローチを提供しますが、臨床診断におけるその適用は、これまでのところ、ワークフロー固有の要件、計算上の制約、および長期の専門家のレビュー要件によって制限されています。このような課題を解決するため、我々は、臨床診断やバイオサーベイランスに活用できる、正確でスケーラブルなメタゲノム生物情報解析ツール「UltraSEQ」を開発しました。ここでは、インシリコで合成したメタゲノム、模擬微生物群集データセット、および短鎖および長鎖シーケンサーデータを含む、異なる感染タイプのサンプルからの公開された臨床データセットを用いて、当社の新しいUltraSEQパイプラインの評価結果を発表します。その結果、UltraSEQは、インシリコサンプルでは生命の木にまたがる予想されるすべての種を、模擬微生物群集データセットでは10種の細菌と真菌のすべてを検出することに成功しました。臨床データセットについては、データセット固有の構成設定の変更、バックグラウンドサンプルの減算、事前サンプル情報を必要としない場合でも、UltraSEQは91%の総合精度を達成しました。さらに、限られた患者サンプルセットを用いた最初のデモンストレーションとして、UltraSEQが表現型結果と一致する抗生物質耐性と病原性因子の遺伝子型を提供する能力を示しました。以上の結果から、UltraSEQプラットフォームは、微生物およびメタゲノム試料の特性評価において、生物学的情報に基づいた検出ロジック、深いメタデータ、および分類学的起源、遺伝子機能、および病気の原因となる感染症を含むユーザー定義の機能の分類と特性評価のための柔軟なシステムアーキテクチャを採用した、革新的なアプローチを提供することが示されました。

重要性 従来の臨床微生物学に基づく診断検査は、あらかじめ選択された1～数種の生物のみを検出できる標的法、または時間のかかる培養ベースの手法に依存していました。現在では広く普及しているが、これらの方法にはいくつかの限界があり、その結果、いくつかの疾患タイプにおいて、原因不明の感染症が50％を超える割合で発生している。シーケンサー技術の飛躍的な発展により、メタゲノム法を臨床診断に応用することが可能になりましたが、現在の製品は特定の疾患タイプやシーケンサーのワークフローに限定されており、実験室固有のコントロールが必要です。現在の臨床メタゲノム解析の限界は、バックエンドのバイオインフォマティック・パイプラインが上記の特定のパラメータに最適化されているため、標準化や説明可能な出力を欠く、メンテナンスされていない冗長なニッチツールが過剰に存在することに起因する。本論文では、UltraSEQが情報ベースの新しいアプローチを採用することで、サンプルの機能的特徴付けだけでなく、診断のための正確で根拠に基づいた予測を可能にすることを実証します。