The inputs of metagenomics in the diagnostic of infectious diseases

Abstract

Over the past decade, next-generation sequencing (NGS) has made tremendous progress, transforming genomic analysis and opening up for many new opportunities in infectious disease diagnosis. The ability of metagenomics to analyze microbial communities without culturing organisms has even enlarged the application potential in this ever growing field. Whether based on targeted or unbiased (shotgun) sequencing approaches, metagenomics still rely on complex laboratory workflow and computational tools. However, recent advancement in sequencing platforms, turnaround time, nucleic acid extraction, library preparation and bio informatics pipelines are now positioning metagenomics very attractively for routine application in clinical microbiology laboratories. Although the completeness and correctness of the genome reference database along with the ability to rapidly interpret the relevant information remain the key challenges for delivering actionable results. Many examples on how to use metagenomics in clinical laboratories can be found in the medical literature. While a single metagenomics analysis delivers the potential to detect rare and novel pathogens, it is however, still necessary to balance the scientific plausibility against the possibility of identifying a truly novel association pathogen–infection when interpreting results. Additionally, metagenomics has brought a revolution in the field of microbiome analysis by generating new insights into the host-microbe relationship and into the therapeutic potential of microbiota modification. Now, the fast evolution of metagenomics challenges the regulatory framework and mandates cooperation among the medical and research communities, industry and regulatory bodies to foster the development of innovative solutions aimed at integrating metagenomics into the infectious diseases diagnostic arsenal.

Ces dix dernières années, le séquençage nouvelle génération (next-generation sequencing) a réalisé d’énormes progrès, transformant l’analyse génomique et ouvrant de nombreuses opportunités dans le diagnostic des maladies infectieuses. En analysant des communautés microbiennes, sans l’étape de culture, la métagénomique élargit le champ d’applications dans ce domaine en pleine expansion. Utilisant une approche de séquençage ciblée ou totale dite « shotgun », la métagénomique repose sur un flux complexe au laboratoire et des outils bio-informatiques sophistiqués. Toutefois, les progrès concernant les plateformes de séquençage, le temps d’exécution de l’analyse, l’extraction des acides nucléiques, la préparation de la librairie et sur les outils bio-informatiques rendent désormais la métagénomique très attractive pour une utilisation en routine. Cependant, l’exhaustivité et l’exactitude des bases de références ainsi que la capacité de traiter rapidement les informations demeurent de véritables challenges pour fournir des résultats actionnables. La littérature regorge d’exemples sur l’utilisation de la métagénomique en clinique, alors qu’une simple analyse permet de détecter de rares voire de nouveaux pathogènes, lors de l’interprétation des résultats il est toujours nécessaire d’établir la plausibilité scientifique d’une nouvelle association pathogène-infection. La métagénomique a révolutionné l’analyse du microbiome en apportant de nouveaux éclairages sur la relation hôte-microbe et sur le potentiel thérapeutique de la modification du microbiote. L’évolution rapide de la métagénomique vient challenger le cadre réglementaire et va nécessiter la coopération entre les communautés médicales et scientifiques, les industriels et les instances règlementaires pour développer des solutions innovantes facilitant l’intégration de la métagénomique dans l’arsenal du diagnostic des maladies infectieuses.