组学突破肠道病原体检测痛点，开启精准诊断新时代

研究背景

全球每年约18亿人受感染性肠道疾病困扰，其中25%出现腹泻症状。目前临床诊断主要依赖培养、免疫检测和单靶标PCR，但存在显著局限性。一方面，传统方法，培养法耗时长，需要数天才能得到结果，并且难以检测新型病原体；另一方面，对于PCR而言，只能对已知的序列进行检测，可能会漏检未知或变异病原体；而且，传统方法并不能区分病原体是否处于活跃状态，也就意味着尽管病原体可能不致病，也可能会检出。

图1 宏基因组与宏转录组对不同病原体的检测灵敏度对比

研究原理

为了实现病原体的精准捕获，研究团队结合宏基因组学和宏转录组学，对同一粪便样本分别测序，基本上可以覆盖所有微生物的基因组与活性转录信息；并且研究团队采用了包含细菌、病毒、真菌、原生生物的全基因组数据库（RefSeq）进行比对，并结合Kraken2算法进行高效分类，大幅提高了检测的准确性；并且研究团队还探索了一种新的诊断病原体活性的指标：RNA/DNA比值（图5）。

图2 测序数据与实验室诊断的关联性热图

研究亮点

1. 宏转录组对RNA病毒和活性病原体检测优势显著

RNA病毒：诺如病毒、轮状病毒等仅能通过宏转录组检测，与Luminex结果高度一致（p<0.001）；

隐孢子虫：通过其共生RNA病毒（CSpV1）间接检测，灵敏度远超传统显微镜法（图3）；

腺病毒：虽为DNA病毒，但其转录活性在RNA数据中清晰可见，覆盖度达99%以上。

图3 隐孢子虫病毒（CSpV1）检测与实验室结果对比

2. 沙门氏菌全转录组解析：从粪便直达分子机制

研究首次从患者粪便中直接捕获沙门氏菌（Salmonella enterica）的全转录组，发现其应激相关基因（如氧化应激基因 ahpC、氮应激基因 hmpA）高表达，揭示了病原体在宿主肠道内的适应策略。

图4 腺病毒F40与F41的基因组覆盖度

3. RNA/DNA比值：区分真假阳性的“金标准”

弯曲杆菌和艰难梭菌阳性样本的RNA/DNA比值显著高于阴性样本（Wilcoxon检验，p<2.9×10^-8）；该指标可辅助判断病原体是否处于活跃感染状态，减少假阳性干扰。

图5 NA/DNA比值在阳性与阴性样本中的分布

效果及展望

宏转录组可在24小时内完成检测，较传统培养法提速5倍以上，并且单次测序可同时检测数十种病原体，避免多重PCR的高昂费用，此外，该研究所用方法可以适用于新发传染病（如未知病毒）的快速识别与溯源。

后续可以推动技术的标准化，推动宏基因组学和宏转录组学进入临床指南，解决样本保存、数据库更新等挑战；还可以对多种组学技术进行整合，结合宿主免疫应答数据，实现“病原体-宿主”互作全景分析；后续更重要的是便携式设备的开发，结合三代纳米孔测序技术，开发更加便携的临床诊断工具。

这项研究不仅验证了宏基因组与宏转录组学技术在肠道病原体诊断中的卓越性能，更开创了从核酸到功能的精准医学新范式。随着测序成本下降和AI分析的普及，未来“粪便测百病”或将成为现实，为全球公共卫生安全注提供更加方便快捷准确的诊断方式。

原文链接：10.1186/s13073-025-01478-w