mNGS是對患者樣品中微生物和宿主遺傳物質(zhì)（DNA和RNA）的全面分析，正在迅速地從研究轉移到臨床實驗室。mNGS正在改變醫(yī)生診斷和治療傳染病的方式，其應用范圍廣泛，包括抗菌素耐藥性，微生物組，人類宿主基因表達（轉錄組學）和腫瘤學。mNGS已成為精確診斷傳染病的關鍵驅(qū)動力，推動了精確醫(yī)學工作在該領域的個性化患者護理。

一、傳染病診斷：

傳統(tǒng)的診斷病人感染性疾病的臨床模式是由醫(yī)生制定鑒別診斷，然后進行一系列測試，試圖找出病因。臨床樣品中病原體常規(guī)檢測的范圍包括鑒定培養(yǎng)中生長的微生物（例如，通過生化表型檢測或基質(zhì)輔助激光解吸/電離（MALDI）飛行時間質(zhì)譜法），檢測生物體特異性生物標記物（例如抗原用乳膠凝集試驗或酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）抗體試驗或用PCR對單個試劑進行核酸試驗。這些通常包括與確定的臨床綜合征有關的最常見病原體，如腦膜炎和腦炎、急性呼吸道感染、敗血癥或腹瀉病。

分子診斷分析為診斷最常見的感染提供了一種相當經(jīng)濟有效和快速的方法（通常< 2 h的周轉時間）。然而，目前使用的幾乎所有常規(guī)微生物試驗一次只能檢測一種或有限的病原體，或者要求從臨床樣本中成功培養(yǎng)微生物。

相比之下，雖然目前使用的NGS分析方法在速度上無法與傳統(tǒng)的檢測方法相比——在Illumina儀器上單獨進行的測序需要超過18小時，但mNGS可以使多種病原體——病毒、細菌，真菌和/或寄生蟲——根據(jù)唯一可識別的DNA和/或RNA序列從培養(yǎng)物或直接從臨床樣本中識別。原則上，幾乎所有的病原體，包括病毒、細菌、真菌和寄生蟲，都可以在一次檢測中鑒定出來。NGS方法的另一個關鍵優(yōu)點是，測序數(shù)據(jù)可能被用于除了鑒定致病病原體之外的其他分析，例如通過RNA測序（RNA-seq）對轉錄組進行分析，從而確定微生物組特征和人類宿主反應的平行分析。

因此，mNGS在診斷中的臨床應用可能是在最難診斷的病例中，或者對于潛在病原體譜更廣的免疫功能低下的病人。臨床樣本的非靶向mNGS可能是最有前途的感染綜合診斷方法。

二、臨床微生物組分析：

許多研究人員現(xiàn)在用mNGS代替16SrRNA基因的靶向測序來深入鑒定微生物組。公眾越來越認識到微生物組可能參與急性和慢性疾病的狀態(tài)。然而，目前還沒有一種基于微生物組學的檢測方法被臨床用于疾病的診斷或治療，部分原因是人們對微生物組學的復雜性及其在疾病發(fā)病機制中的作用認識不足。

微生物組學分析在Clostridiumdifficile相關疾病的治療和治療中有著廣闊的應用前景。C. difficile能感染腸道，產(chǎn)生毒素，可導致腹瀉、脫水、敗血癥和死亡。C. difficile難治性感染只發(fā)生在微生物群的環(huán)境中，而微生物群的環(huán)境會因暴露于廣譜抗生素或最近的胃腸道手術等因素而改變。糞便移植治療和潛在治療C. difficile感染的有效率為80%-90%，這突出了微生物群在艱難梭菌感染中的重要性。在多個研究中使用mNGS來表征微生物組分有助于細菌-益生菌混合物的開發(fā)，這種混合物可以作為預防或治療艱難梭菌相關疾病的藥丸使用。

微生物組的另一個潛在應用是分析細菌多樣性，這可以提供病人的疾病是傳染性的還是非傳染性的線索。例如，一項用于鑒別肺炎患者呼吸道病原體的mNGS研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)培養(yǎng)證實感染的個體其呼吸道微生物組的多樣性顯著降低。這種被稱為失調(diào)的微生物群的改變也被證明與對于肥胖、糖尿病和炎癥性腸病，微生物群的操作可能是治療這些病理狀況的一個途徑。

三、人類宿主感染反應分析：

mNGS側重于微生物的reads數(shù)，然而，在研究人類宿主對感染的反應時，基因表達分析有一個補充作用。盡管RNAseq分析通常是在全血或外周血單個核細胞（PBMC）樣本上進行的，但任何體液或組織類型都可能適用于這些分析。利用RNA-seq表達譜對基因進行分類已被用于描述幾種感染，包括葡萄球菌菌血癥、萊姆病、念珠菌病、結核?。▍^(qū)分潛在和活動疾病風險）和流感。基于機器學習的RNA-seq數(shù)據(jù)分析已被用于癌癥分類，而這些方法的使用可能對傳染性疾病很有希望。

人類宿主的RNA-seq分析可用于直接從臨床樣本中識別新的或未被充分認識的宿主-微生物相互作用，如之前對萊姆病、登革熱或瘧疾患者所示。RNA-seq在病原菌僅短暫存在的臨床病例中可能特別有用（例如早期萊姆病或蟲媒病毒感染，包括西尼羅河病毒）；類似于血清學檢測，根據(jù)病原體特異性人類宿主反應，間接診斷感染是可能的。對病原體特異性宿主反應的分析也可能有助于在復雜的臨床亞基因組樣本（如多微生物膿腫或呼吸道流感）中鑒別真正的病原體。

RNA-seq的另一個有前途的應用是在區(qū)分急性疾病的傳染性和非傳染性病因。例如，如果根據(jù)宿主反應判斷一種疾病更可能是非傳染性的（例如，自身免疫性疾?。?，臨床醫(yī)生可能更愿意停止使用抗生素，并用類固醇和其他免疫抑制藥物積極治療患者。

四、腫瘤學應用：

在腫瘤學中，識別突變基因的全基因組或定向NGS方法可用于同時發(fā)現(xiàn)與癌癥相關的病毒（即皰疹病毒、乳頭狀瘤病毒和多瘤病毒）和/或收集病毒與宿主相互作用的數(shù)據(jù)。