결핵 진단 및 약물 내성 검출을 위한 새로운 무기: 차세대 표적 시퀀싱(tNGS)과 머신러닝을 결합한 결핵 과민반응 진단법
문헌 보고: CCa: 경증 세균성 결핵 및 결핵성 뇌수막염 환자에게 적합한 tNGS 및 머신러닝 기반 진단 모델.
학위논문 제목: 결핵균 표적 차세대 염기서열 분석 및 기계 학습: 폐결핵 및 뇌막염의 초고감도 진단 전략.
정기 간행물: 《Clinica Chimica Acta》
IF: 6.5
출판일: 2024년 1월
중국과학원대학교 및 수도의과대학 베이징 흉부병원과 공동으로 Macro & Micro-Test는 차세대 표적 시퀀싱(tNGS) 기술과 머신러닝 방법을 기반으로 결핵 진단 모델을 개발했습니다. 이 모델은 세균 수가 적은 결핵과 결핵성 뇌수막염에 대해 초고감도 검출 능력을 제공하며, 두 가지 유형의 결핵 임상 진단을 위한 새로운 고감도 진단법을 제시하여 결핵의 정확한 진단, 약물 내성 검출 및 치료에 도움을 주었습니다. 또한, 환자의 혈장 cfDNA가 결핵성 뇌수막염 진단에 적합한 임상 검체 유형으로 사용될 수 있음을 확인했습니다.
본 연구에서는 227개의 혈장 샘플과 뇌척수액 샘플을 이용하여 두 개의 임상 코호트를 구축했습니다. 실험실 진단 코호트 샘플은 결핵 진단 머신러닝 모델 구축에 사용되었고, 임상 진단 코호트 샘플은 구축된 진단 모델의 검증에 사용되었습니다. 모든 샘플은 먼저 결핵균(Mycobacterium tuberculosis)에 특화된 표적 캡처 프로브 풀을 이용하여 표적화되었습니다. 그 후, TB-tNGS 시퀀싱 데이터를 기반으로 의사결정 트리 모델을 사용하여 실험실 진단 코호트의 훈련 및 검증 세트에 대해 5겹 교차 검증을 수행하고, 혈장 샘플과 뇌척수액 샘플의 진단 임계값을 도출했습니다. 도출된 임계값을 임상 진단 코호트의 두 테스트 세트에 적용하여 검출을 수행하고, ROC 곡선을 통해 학습 모델의 진단 성능을 평가했습니다. 최종적으로 결핵 진단 모델을 완성했습니다.
그림 1. 연구 설계의 개략도
결과: 본 연구에서 결정한 뇌척수액 DNA 샘플(AUC = 0.974)과 혈장 cfDNA 샘플(AUC = 0.908)의 특정 역치에 따르면, 227개 샘플 중 뇌척수액 샘플의 민감도는 97.01%, 특이도는 95.65%였으며, 혈장 샘플의 민감도와 특이도는 각각 82.61%와 86.36%였다. 결핵성 뇌수막염 환자의 혈장 cfDNA와 뇌척수액 DNA 44쌍을 분석한 결과, 본 연구의 진단 전략은 혈장 cfDNA와 뇌척수액 DNA에서 90.91%(40/44)의 높은 일치도를 보였고, 민감도는 95.45%(42/44)였다. 폐결핵을 앓는 소아에서, 본 연구의 진단 전략은 동일 환자의 위액 검체를 이용한 Xpert 검사 결과보다 혈장 검체에서 더 높은 민감도를 보였다(28.57% 대 15.38%).
그림 2. 인구 표본에 대한 결핵 진단 모델의 분석 성능
그림 3. 쌍을 이룬 샘플의 진단 결과
결론: 본 연구에서는 결핵에 대한 초고감도 진단법을 확립하였으며, 이는 균수가 적은 결핵(배양 검사 음성) 환자에게 최고 수준의 검출 감도를 제공하는 진단 도구가 될 수 있다. 혈장 cfDNA 기반의 초고감도 결핵 검출법은 활동성 결핵 및 결핵성 뇌수막염 진단에 적합한 검체 유형이 될 수 있다(뇌결핵이 의심되는 환자의 경우 뇌척수액보다 혈장 검체 채취가 용이하다).
원본 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0009898123004990? via%3Dihub
매크로 및 마이크로 테스트 결핵 진단 제품 시리즈에 대한 간략한 소개
결핵 환자의 복잡한 검체 상황과 다양한 요구 사항을 고려하여, 매크로앤마이크로테스트는 객담 검체 액화 추출부터 퀄컴 라이브러리 구축 및 시퀀싱, 데이터 분석에 이르기까지 NGS 솔루션 전체를 제공합니다. 본 제품은 결핵 환자의 신속 진단, 결핵균 내성 검출, 결핵균 및 비결핵성 마이코박테리아(NTM) 유형 분류, 세균 음성 결핵 및 결핵 환자의 과민반응 진단 등을 포괄합니다.
결핵 및 마이코박테리아 연속 검출 키트:
| 품목 번호 | 제품명 | 제품 테스트 내용 | 샘플 유형 | 적용 가능한 모델 |
| HWTS-3012 | 샘플 방출제 | 객담 검체 액화 처리에 사용되는 이 장비는 Sutong Machinery Equipment에서 20230047이라는 일급 등록 번호를 획득했습니다. | 담 | |
| HWTS-NGS-P00021 | 퀄컴 과민성 결핵균 검출 키트(프로브 캡처 방식) | 비침습적(액체 생검) 과민반응 검출을 통한 세균 음성 폐결핵 및 뇌결절 진단; 결핵균 또는 비결핵성 마이코박테리아 감염이 의심되는 사람들의 검체를 고심도 시퀀싱 메타게놈 분석하여 결핵균 또는 비결핵성 마이코박테리아 감염 여부 및 결핵균의 주요 1차 항결핵제 내성 정보를 제공한다. | 말초혈액, 폐포세척액, 흉수 및 복수, 병소 천자 검체, 뇌척수액. | 2세대 |
| HWTS-NGS-T001 | 결핵균 유형 분류 및 약물 내성 검출 키트(다중 증폭 시퀀싱 방식) | 결핵균(MTBC) 및 187종의 비결핵성 마이코박테리아(NTM)를 포함한 마이코박테리아 유형 검사;결핵균의 약물 내성 검출은 13가지 약물과 약물 내성 유전자의 16개 핵심 돌연변이 부위를 대상으로 합니다. | 객담, 폐포 세척액, 흉수 및 복수, 병소 천자 검체, 뇌척수액. | 2/3세대 듀얼 플랫폼 |
주요 특징: HWTS-NGS-T001 마이코박테리아 유형 분류 및 약물 내성 검출 키트(다중 증폭 방식)
제품 소개
본 제품은 WHO 결핵 치료 지침에 명시된 주요 1차 및 2차 치료제, 즉 비결핵성 마이코박테리움(NTM) 치료 지침에서 흔히 사용되는 마크로라이드계 항생제와 아미노글리코사이드계 항생제를 기반으로 하며, 내성 부위는 WHO 결핵균 복합체 돌연변이 목록에 있는 모든 내성 관련 부위 그룹과 국내외 주요 문헌 조사 및 통계를 통해 보고된 기타 내성 유전자 및 돌연변이 부위를 모두 포함합니다.
유형 분류는 중국 결핵 및 호흡기 질환 저널에 발표된 비결핵성 마이코박테리아(NTM) 가이드라인과 전문가 합의에 따라 요약된 NTM 균주를 기반으로 합니다. 설계된 유형 분류 프라이머는 190종 이상의 NTM 종을 증폭, 시퀀싱 및 주석화할 수 있습니다.
표적 다중 PCR 증폭 기술을 통해 결핵균의 유전자형 및 약물 내성 유전자를 다중 PCR로 증폭하고, 검출 대상 유전자의 증폭 산물 조합을 얻었다. 증폭 산물을 2세대 또는 3세대 고처리량 시퀀싱 라이브러리로 구축하고, 모든 2세대 및 3세대 시퀀싱 플랫폼에서 고심도 시퀀싱을 수행하여 표적 유전자의 염기서열 정보를 얻을 수 있다. 내장된 참조 데이터베이스(WHO 결핵균 복합체 돌연변이 목록 및 약물 내성과의 관계 포함)에 포함된 알려진 돌연변이와 비교하여 항결핵제에 대한 약물 내성 또는 감수성과 관련된 돌연변이를 확인하였다. Macro & Micro-Test의 자체 개방형 객담 시료 처리 용액과 결합하여 임상 객담 시료의 낮은 핵산 증폭 효율 문제(기존 방법보다 10배 높음)를 해결함으로써, 약물 내성 염기서열 검출을 임상 객담 시료에 직접 적용할 수 있게 되었다.
제품 감지 범위
34약물 내성 관련 유전자18항결핵제 및6NTM 약물이 검출되었으며, 이는 다음을 포함합니다.297약물 내성 부위; 10종 이상의 결핵균 및 그 이상190다양한 종류의 비결핵성 마이코박테리아가 검출되었습니다.
표 1: 18+6가지 약물 +190+NTM에 대한 정보
제품 장점
뛰어난 임상 적용성: 객담 샘플은 배양 과정 없이 자가 액화제를 이용하여 직접 검출할 수 있습니다.
실험 조작은 간단합니다. 1차 증폭 작업이 간단하며, 라이브러리 구축이 3시간 만에 완료되어 작업 효율이 향상됩니다.
종합적인 유형 분류 및 약물 내성 분석: 임상적으로 중요한 결핵균(MTB) 및 비결핵성 마이코박테리아(NTM)의 유형 분류 및 약물 내성 부위를 모두 다루며, 정확한 유형 분류 및 약물 내성 검출, 독립적인 분석 소프트웨어 지원, 그리고 원클릭 분석 보고서 생성 기능을 제공합니다.
호환성: 제품 호환성, 주요 ILM 및 MGI/ONT 플랫폼에 대한 적응성.
제품 사양
| 제품 코드 | 제품명 | 탐지 플랫폼 | 명세서 |
| HWTS-NGS-T001 | 결핵균 유형 분류 및 약물 내성 검출 키트(다중 증폭법) | ONT, 일루미나, MGI, 살루스 프로 | 16/96rxn |
게시 시간: 2024년 1월 23일