Optimized Sequencing Adaptors Enable Rapid and Real-Time Metagenomic Identification of Pathogens during Runtime of Sequencing

放大器 多路复用 基因组 计算生物学 周转时间 DNA测序 深度测序 条形码 生物 鉴定(生物学) 内转录区 计算机科学 遗传学 聚合酶链反应 DNA 基因 核糖体RNA 基因组 操作系统 植物
作者
Dong Zhang,Jingjia Zhang,Juan Du,Yiwen Zhou,Pengfei Wu,Zidan Liu,Zhunzhun Sun,Jianghao Wang,Wenchao Ding,Junjie Chen,Jun Wang,Yingchun Xu,Chuan Ouyang,Quan-Yong Yang
出处
期刊:Clinical Chemistry [Oxford University Press]
卷期号:68 (6): 826-836 被引量:4
标识
DOI:10.1093/clinchem/hvac024
摘要

Abstract Background Metagenomic next-generation sequencing (mNGS) offers the promise of unbiased detection of emerging pathogens. However, in indexed sequencing, the sequential paradigm of data acquisition, demultiplexing, and analysis restrain read assignment in advance and real-time analysis, resulting in lengthy turnaround time for clinical metagenomic detection. Methods We described the utility of internal-index adaptors with different lengths of barcode in multiplex sequencing. The base composition for each position within these adaptors was well-balanced to ensure nucleotide diversity and optimal sequencing performance and to achieve the early assignment of reads by first sequencing the barcodes. Combined with an automated library preparation device, we delivered a rapid and real-time bioinformatics pathogen identification solution for the Illumina NextSeq platform. The diagnostic performance was evaluated by testing 153 lower respiratory tract specimens using mNGS in comparison to culture, 16S/internal transcribed spacer amplicon sequencing, and additional PCR-based tests. Results By calculating the average F1 scores of all read lengths under different threshold values, we established the optimal threshold for pathogens identification, and found that 36 bp was the optimal shortest read length for rapid mNGS analysis. Rapid detection had a negative percentage agreement and positive percentage agreement of 100% and 85.1% for bacteria and 97.4% and 80.3% for fungi, when compared to a composite standard. The rapid mNGS solution enabled accurate pathogen identification in about 9.1 to 10.1 h sample-to-answer turnaround time. Conclusions Optimized internal index adaptors combined with a real-time analysis pipeline provide a potential tool for a first-line test in critically ill patients.
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