DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1689253
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41574342
تاريخ النشر: 2026-01-07
المؤلف: Qiujuan Feng وآخرون
الموضوع الرئيسي: العدوى البكتيرية واللقاحات
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة فعالية تسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) لتشخيص التهابات الجهاز العصبي المركزي (CNS)، مع معالجة التحديات المرتبطة بالتشخيص الدقيق. تم إجراء تحليل استعادي على عينات من السائل الدماغي الشوكي من 246 مريضًا يشتبه في إصابتهم بالتهابات CNS، إلى جانب 20 عينة تحكم من مرضى تم استبعاد إصابتهم. تم مقارنة الأداء التشخيصي لـ mNGS مع طرق الثقافة التقليدية وطرق الاختبار التقليدية، باستخدام تشخيصات لجنة الخبراء السريرية كمعيار مرجعي.
كشفت النتائج أن mNGS حقق توافقًا تشخيصيًا بنسبة 73.2% (180/246) مع التشخيصات السريرية، متفوقًا على الثقافة (54.1%، 133/246) والطرق التقليدية (61.4%، 151/246). ومن الجدير بالذكر أن mNGS أظهر توافقًا بنسبة 61.9% (26/42) مع نتائج الثقافة للبكتيريا والفطريات العامة. ومع ذلك، كانت النتائج السلبية الكاذبة مرتبطة بشكل أساسي بعدم الكشف عن مسببات الأمراض الفيروسية. تم تحديد عوامل مثل عمر المريض، وجود عدوى جهازية، الصداع، ومستويات الجلوكوز في السائل الدماغي الشوكي كعوامل حاسمة تؤثر على أداء mNGS. إن الكشف الناجح عن مسببات الأمراض مثل فيروس إبشتاين-بار، والمكورات العقدية، ومجمع المتفطرة السلية، وفيروس الهربس البسيط من النوع 1، والمكورات العنقودية يبرز إمكانيات mNGS في تعزيز تحديد مسببات الأمراض في التهابات CNS.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على القضية الحرجة للتهابات الجهاز العصبي المركزي (CNS)، مثل التهاب السحايا والتهاب الدماغ، التي تشكل مخاطر كبيرة على الوفاة بسبب صعوبات في تحديد مسببات الأمراض. غالبًا ما تفشل تقنيات التشخيص التقليدية، بما في ذلك زراعة السائل الدماغي الشوكي وتفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)، في الحساسية والسرعة، مما يؤدي إلى عدم وجود تشخيص نهائي في ما يقرب من نصف الحالات ويعيق العلاج الفعال. بالمقابل، ظهر تسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) كأداة تشخيصية قوية، حيث أظهر حساسية متفوقة وتغطية أوسع لمسببات الأمراض، مما يحسن من تحديد مسببات الأمراض التي غالبًا ما تتجاهلها الطرق التقليدية.
على الرغم من القدرات الواعدة لـ mNGS، لا تزال هناك تحديات في دمجه مع العروض السريرية، لا سيما فيما يتعلق بالعوامل الخاصة بالمريض التي قد تؤثر على نتائج الاختبار. ركزت الدراسات السابقة، بما في ذلك تحليل استعادي أجراه بينوا وآخرون، بشكل أساسي على الجوانب التقنية لأداء mNGS، متجاهلة عوامل الخطر السريرية التي تسهم في النتائج السلبية الكاذبة. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم الفعالية التشخيصية لـ mNGS في التهابات CNS، مع التأكيد على الآثار السريرية للنتائج الإيجابية والتحقيق بشكل منهجي في العوامل التي تؤدي إلى النتائج السلبية الكاذبة. تسعى هذه المقاربة إلى تعزيز التطبيق السريري لـ mNGS في تشخيص وإدارة التهابات CNS.
طرق
في هذا القسم، يتم تفصيل الطرق المستخدمة لتقييم اتساق تسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) مقابل التشخيصات السريرية وطرق التشخيص الأخرى. وجدت الدراسة أن mNGS أظهر توافقًا إيجابيًا بنسبة 58.5% (72/123) لاكتشاف مسببات الأمراض، بينما حققت الطرق المجمعة معدلًا أعلى بلغ 71.0% (88/124). ومع ذلك، أنتج mNGS أيضًا 15 نتيجة إيجابية كاذبة و51 نتيجة سلبية كاذبة، مع نسبة كبيرة من النتائج الإيجابية الكاذبة المنسوبة إلى فيروس إبشتاين-بار (EBV). بالمقارنة، أظهرت طرق الثقافة التقليدية معدلات سلبية كاذبة أعلى بنسبة 29.7% و43.5%، على التوالي، مما يشير إلى أن mNGS أكثر موثوقية من هذه التقنيات التقليدية.
كشفت التحليلات الإضافية أن mNGS وطرق الكشف المجمعة كانت لديها معدلات توافق مع التشخيصات السريرية بلغت 73.2% (180/246) و74.4% (183/246)، على التوالي، متفوقة بشكل كبير على طرق الثقافة، التي كانت دقتها فقط 54.1% (133/246). ومن الجدير بالذكر أن mNGS أظهر معدلات كشف متفوقة عبر أنواع العدوى المختلفة، لا سيما بالنسبة للعدوى الفيروسية، والمتفطرة السلية، ومسببات الأمراض النادرة، محققًا معدلات توافق إيجابية تتراوح بين 50% و70%. بالمقابل، كانت طرق الثقافة أقل فعالية، خاصة بالنسبة للعدوى الفيروسية، حيث تراوحت معدلات التوافق الإيجابية من 0% إلى 6%. بشكل عام، أثبت mNGS أنه أداة تشخيصية أكثر فعالية مقارنة بالطرق التقليدية، لا سيما في العدوى المعقدة والأقل شيوعًا.
نتائج
تسلط نتائج الدراسة الضوء على الفعالية المقارنة لتسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) مقابل طرق الثقافة التقليدية في اكتشاف العدوى البكتيرية والفطرية. نظرًا للقيود في ظروف الاختبار بالمستشفى، ركز التحليل فقط على البكتيريا والفطريات، كاشفًا عن توافق معتدل في الكشف الإيجابي عن العدوى البكتيرية، مع قيمة كابا لكوهين تبلغ 0.24. وُجد أن معدل التوافق العام لتحديد مسببات الأمراض بين mNGS والثقافة كان 61.9%.
نُسبت نسبة كبيرة من التباينات بين الطريقتين – 81.3% – إلى الحالات التي حقق فيها mNGS نتائج إيجابية بينما عادت اختبارات الثقافة بنتائج سلبية. تؤكد هذه النتائج على إمكانية استخدام نتائج الثقافة كنقطة مرجعية لتفسير نتائج mNGS، لا سيما عندما تعطي الطريقتان نتائج متوافقة. علاوة على ذلك، في الحالات التي تكون فيها اختبارات الثقافة سلبية، يظهر mNGS كأداة حيوية لاستبعاد التهابات الجهاز العصبي المركزي (CNS) سريريًا.
مناقشة
أجرت الدراسة تحليلًا استعاديًا لـ 246 مريضًا يشتبه في إصابتهم بالتهابات الجهاز العصبي المركزي (CNS)، تقييمًا للجدوى التشخيصية لتسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) مقارنة بالطرق التقليدية. كشفت النتائج أن mNGS أظهر معدل توافق إيجابي بنسبة 58.5% مع التشخيصات السريرية ومعدل توافق عام بلغ 73.2%، متجاوزًا الثقافة (54.1%) والطرق التقليدية (61.4%). ومن الجدير بالذكر أن قدرة mNGS على كشف مسببات الأمراض كانت ذات قيمة خاصة في الحالات التي تم فيها إعطاء العلاج المضاد للميكروبات التجريبي قبل الاختبار، مما قلل بشكل كبير من حساسية الثقافة. سلطت الدراسة الضوء على سرعة الاستجابة لـ mNGS (1.83 يوم) مقارنة بالطرق التقليدية، مما يبرز إمكانيته في اتخاذ قرارات سريرية في الوقت المناسب.
كما حدد التحليل العوامل التي تؤثر على نتائج mNGS السلبية الكاذبة، بما في ذلك عمر المريض، وجود عدوى جهازية، ومستويات الجلوكوز في السائل الدماغي الشوكي. أظهر المرضى الأصغر سنًا احتمالًا أعلى لفقدان الكشف عن الفيروسات، ربما بسبب العروض غير النمطية. بالإضافة إلى ذلك، ارتبط وجود أعراض الصداع بزيادة إيجابية mNGS، مما يشير إلى أن المظاهر السريرية تلعب دورًا حاسمًا في كشف مسببات الأمراض. خلصت الدراسة إلى أنه على الرغم من أن mNGS أداة قوية لتشخيص التهابات CNS، فإن التفسير الدقيق للنتائج أمر ضروري، لا سيما بالنسبة للفيروسات مثل فيروس إبشتاين-بار (EBV) وفيروس تورك تينو (TTV)، التي تشكل تحديات في التمييز بين المرضية والتلوث أو حالات الحامل. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على تحسين معايير التشخيص ومعالجة التحديات التقنية المرتبطة بـ mNGS في البيئات السريرية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1689253
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41574342
Publication Date: 2026-01-07
Author(s): Qiujuan Feng et al.
Primary Topic: Bacterial Infections and Vaccines
Overview
This study investigates the efficacy of metagenomic next-generation sequencing (mNGS) for diagnosing central nervous system (CNS) infections, addressing the challenges associated with accurate diagnosis. A retrospective analysis was conducted on cerebrospinal fluid specimens from 246 patients with suspected CNS infections, alongside 20 control samples from patients with ruled-out infections. The diagnostic performance of mNGS was compared to traditional culture and conventional testing methods, using expert panel clinical diagnoses as the reference standard.
The findings revealed that mNGS achieved a diagnostic agreement of 73.2% (180/246) with clinical diagnoses, outperforming culture (54.1%, 133/246) and conventional methods (61.4%, 151/246). Notably, mNGS demonstrated a 61.9% concordance (26/42) with culture results for general bacteria and fungi. However, false negatives were primarily linked to the missed detection of viral pathogens. Factors such as patient age, presence of systemic infection, headache, and cerebrospinal fluid glucose levels were identified as significant determinants influencing mNGS performance. The successful detection of pathogens like Epstein-Barr virus, Streptococcus spp., Mycobacterium tuberculosis complex, herpes simplex virus type 1, and Staphylococcus spp. underscores the potential of mNGS in enhancing pathogen identification in CNS infections.
Introduction
The introduction highlights the critical issue of central nervous system (CNS) infections, such as meningitis and encephalitis, which pose significant mortality risks due to difficulties in pathogen identification. Traditional diagnostic techniques, including cerebrospinal fluid culture and polymerase chain reaction (PCR), often fall short in sensitivity and speed, resulting in nearly half of the cases lacking a definitive diagnosis and hindering effective treatment. In contrast, metagenomic next-generation sequencing (mNGS) has emerged as a powerful diagnostic tool, demonstrating superior sensitivity and broader pathogen coverage, thereby improving the identification of pathogens that conventional methods frequently overlook.
Despite the promising capabilities of mNGS, challenges remain in its integration with clinical presentations, particularly concerning patient-specific factors that may influence test outcomes. Previous studies, including a retrospective analysis by Benoit et al., have primarily focused on technical aspects of mNGS performance, neglecting the clinical risk factors that contribute to false-negative results. This study aims to assess the diagnostic efficacy of mNGS in CNS infections, emphasizing the clinical implications of positive results and systematically investigating the factors leading to false negatives. This approach seeks to enhance the clinical application of mNGS in diagnosing and managing CNS infections.
Methods
In this section, the methods employed for evaluating the consistency of metagenomic next-generation sequencing (mNGS) against clinical diagnoses and other diagnostic techniques are detailed. The study found that mNGS demonstrated a positive agreement of 58.5% (72/123) for pathogen detection, while combined methods achieved a higher rate of 71.0% (88/124). However, mNGS also produced 15 false positives and 51 false negatives, with a significant portion of false positives attributed to Epstein-Barr virus (EBV). In comparison, traditional culture methods exhibited higher false negative rates of 29.7% and 43.5%, respectively, indicating that mNGS is more reliable than these conventional techniques.
Further analysis revealed that mNGS and combined detection methods had agreement rates with clinical diagnoses of 73.2% (180/246) and 74.4% (183/246), respectively, significantly outperforming culture methods, which had an accuracy of only 54.1% (133/246). Notably, mNGS showed superior detection rates across various infection types, particularly for viral infections, Mycobacterium tuberculosis, and rare pathogens, achieving positive agreement rates between 50% and 70%. In contrast, culture methods were less effective, especially for viral infections, with positive agreement rates ranging from 0% to 6%. Overall, mNGS proved to be a more effective diagnostic tool compared to traditional methods, particularly in complex and less common infections.
Results
The results of the study highlight the comparative effectiveness of metagenomic next-generation sequencing (mNGS) versus traditional culture methods in detecting bacterial and fungal infections. Due to limitations in hospital testing conditions, the analysis focused solely on bacteria and fungi, revealing a moderate agreement in positive detection for bacterial infections, with a Cohen’s kappa value of 0.24. The overall coincidence rate for pathogen identification between mNGS and culture was found to be 61.9%.
A significant portion of the discrepancies between the two methods—81.3%—was attributed to cases where mNGS yielded positive results while culture tests returned negative results. These findings underscore the potential of culture results as a reference point for interpreting mNGS outcomes, particularly when both methods yield concordant results. Furthermore, in cases where culture tests are negative, mNGS emerges as a vital tool for the clinical exclusion of central nervous system (CNS) infections.
Discussion
The study conducted a retrospective analysis of 246 patients with suspected central nervous system (CNS) infections, evaluating the diagnostic utility of metagenomic next-generation sequencing (mNGS) compared to traditional methods. The findings revealed that mNGS demonstrated a positive concordance rate of 58.5% with clinical diagnoses and an overall concordance of 73.2%, surpassing culture (54.1%) and conventional methods (61.4%). Notably, mNGS’s ability to detect pathogens was particularly valuable in cases where empirical antimicrobial therapy had been administered prior to testing, which significantly reduced culture sensitivity. The study highlighted the rapid turnaround time of mNGS (1.83 days) compared to traditional methods, underscoring its potential for timely clinical decision-making.
The analysis also identified factors influencing false-negative mNGS results, including patient age, systemic infection presence, and CSF glucose levels. Younger patients exhibited a higher likelihood of missed viral detections, possibly due to atypical presentations. Additionally, the presence of headache symptoms correlated with increased mNGS positivity, suggesting that clinical manifestations play a critical role in pathogen detection. The study concluded that while mNGS is a powerful tool for diagnosing CNS infections, careful interpretation of results is essential, particularly for viruses like Epstein-Barr virus (EBV) and Torque teno virus (TTV), which pose challenges in distinguishing pathogenicity from contamination or carrier states. Future research should focus on refining diagnostic criteria and addressing technical challenges associated with mNGS in clinical settings.