納米孔“ARMA”分析工作流——實時檢測抗生素抗性基因

　　據世界衛生組織報道：“抗微生物藥物耐藥性(AMR) 是一種全球性的公共衛生危機，將會嚴重危害現代醫學的發展”。納米孔讀長已作為一項獨立工具或作為混合測序方法的一部分，成功應用于抗微生物藥物耐藥性分析，以幫助處理復雜的重復區域。除此之外，我們還開發了能夠實時進行微生物鑒定和抗微生物藥物耐藥性分析的“ARMA”分析工作流，能夠突出顯示表明給定抗生素耐藥性的比對，且不需要全面深入的生物信息學專業知識，容許任何研究人員在其樣本中對抗生素耐藥性進行分析。

　　開發背景：

　　一、抗生素抗性隨著抗生素使用的增加而增強

　　抗生素和其他抗微生物藥物的有效性會隨著微生物對其產生抗性而變得越來越低。這很大程度上要歸因于過去幾十年間對此類藥物的過度使用（圖 1）。抗微生物藥物耐藥性被視為全球患者面臨的最大安全威脅之一。

　　某些細菌對特定類型的抗生素具有天然抗性，然而，由于新的突變和有機體之間基因轉移而產生的獲得性抗性才是更嚴峻的問題。

　　二、種間基因轉移傳播抗生素抗性

　　基因水平轉移被看作是造成細菌抗生素抗性的主要原因。一種細菌內負責耐抗一種或多種抗生素的基因可以通過多種機制轉移到其他菌種。當另一種細菌得到該基因后，也獲得了對這些抗生素的抗性。有鑒于此，我們設法編寫了可在云端實時運行的分析工作流。它可以實時處理從細菌樣本生成的序列讀長，并且會確定其中存在的任何抗生素抗性基因。

　　“ARMA”分析工作流介紹

　　從細菌抗性基因數據庫 CARD（http：//arpcard.mcmaster.ca/）獲得抗性基因序列和抗生素抗性本體（ARO）。ARO描述基因如何與抗生素藥物有關。在納米孔測序過程中，當文庫中的鏈通過納米孔時，數據可立即用于堿基識別。這使得可以對各序列讀長進行實時分析。抗生素抗性工作流運行Oxford Nanopore Technologies的標準單鏈（1D）堿基識別，然后利用 lastal 將1D堿基識別與CARD數據庫中的所有抗生素抗性基因進行比對。報告將突出哪些比對結果表明對特定抗生素具有抗性。由于抗性數據庫中的許多序列是相互重復或密切關聯的，可以預期同一特定簇的成員擁有相同或非常類似的序列讀長比對結果。