Application of metagenomic next-generation sequencing and traditional methods in central nervous system infection

doi:10.3969/j.issn.1673-8640.2024.11.013

Abstract

Abstract:

Objective To investigate the diagnostic value of metagenomic next-generation sequencing （mNGS） in central nervous system infection（CNSI），and to study the distribution of common pathogens of CNSI in Shanghai Tenth People's Hospital. Methods A total of 81 patients in Shanghai Tenth People's Hospital from November 2021 to June 2023 were enrolled. The patients were classified into CNSI group （34 cases） and non-CNSI group （47 cases），and all the patients were tested with cerebrospinal fluid routine test，biochemistry determination，mNGS and traditional methods （cerebrospinal fluid smear and microbial culture），and the differences between mNGS and traditional methods were compared. Receiver operating characteristic（ROC）curve was used to evaluate the efficiency of mNGS and traditional methods in diagnosing CNSI. Results For pathogen identification，there was no statistical significance in the determination of bacteria and fungi between mNGS and traditional methods （P>0.05），but there was statistical significance in the determination of viruses（P<0.05）. At the level of pathogen species，both mNGS and traditional methods determined the most bacteria as Acinetobacter baumannii，without statistical significance（P>0.05）. The most commonly determined viruses by mNGS were human herpes virus 4 and human herpes virus 5. The positive determination rate of mNGS pathogens in cerebrospinal fluid of CNSI group（64.7%）was higher than that of non-CNSI group（14.9%）（P<0.05）. The consistency between mNGS and traditional methods was moderate（Kappa=0.412，P=0.001）. The sensitivity of cerebrospinal fluid mNGS in diagnosing CNSI（64.7%）was higher than that of traditional methods（23.5%），and the specificity（85.1%）was lower than that of traditional methods（100.0%）（P<0.05）. The area under curve of mNGS for diagnosing CNSI（0.749）was larger than that of traditional methods （0.618）（P<0.05）. Conclusions Cerebrospinal fluid mNGS is recommended for screening patients suspected with CNSI. The most common pathogen of CNSI in Shanghai Tenth People's Hospital is Gram-negative bacteria.

Key words: Metagenomic next-generation sequencing, Central nervous system infection, Cerebrospinal fluid, Pathogen

CLC Number:

R446.7

SHANG Yuanjiang, ZHU Guoqing, ZHANG Lei, SHEN Dandan, PAN Qiuhui. Application of metagenomic next-generation sequencing and traditional methods in central nervous system infection[J]. Laboratory Medicine, 2024, 39(11): 1101-1107.

Figures/Tables 9

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组别	例数	性别		年龄/岁	住院天数/d	白细胞计数/ （×106·L-1）	中性粒细胞百分比/%	淋巴细胞百分比/%
组别	例数	男/ [例（%）]	女/ [例（%）]	年龄/岁	住院天数/d	白细胞计数/ （×106·L-1）	中性粒细胞百分比/%	淋巴细胞百分比/%
CNSI组	34	23（67.6）	11（32.4）	57.5 （42.5，66.0）	32.50 （21.25，54.00）	488.50 （188.25，5 657.00）	0.79 （0.51，0.90）	0.135 （0.040，0.430）
非CNSI组	47	30（63.8）	17（36.7）	54.0 （32.0，65.0）	26.00 （20.00，39.00）	199.00 （73.00，490.00）	0.72 （0.49，0.85）	0.200 （0.060，0.430）
统计值		0.127	-0.704	-1.331	-3.038	-1.168	-0.627
P值		0.721	0.482	0.183	0.002	0.243	0.530
组别	Glu/ （mmol·L-1）		TP/ （mg·L-1）	Cl/ （mmol·L-1）	LAC/ （mmol·L-1）	颅脑手术/ [例（%）]	疾病转归
组别	Glu/ （mmol·L-1）		TP/ （mg·L-1）	Cl/ （mmol·L-1）	LAC/ （mmol·L-1）	颅脑手术/ [例（%）]	好转或治愈/ [例（%）]	死亡/ [例（%）]
CNSI组	2.05 （1.10，2.63）		2 682 （1 815，2 771）	121.35±7.73	4.22 （3.23，6.01）	24（70.6）	33（97.1）	1（2.9）
非CNSI组	2.90 （2.40，4.11）		1 943 （1 071，2 424）	123.34±5.63	3.62 （2.41，5.22）	24（51.1）	46（97.9）	1（2.1）
统计值	-3.676		2.402	-1.34	-1.747	3.115
P值	<0.001		<0.001	0.184	0.081	0.078	1.000①

组别	例数	性别		年龄/岁	住院天数/d	白细胞计数/ （×106·L-1）	中性粒细胞百分比/%	淋巴细胞百分比/%
组别	例数	男/ [例（%）]	女/ [例（%）]	年龄/岁	住院天数/d	白细胞计数/ （×106·L-1）	中性粒细胞百分比/%	淋巴细胞百分比/%
CNSI组	34	23（67.6）	11（32.4）	57.5 （42.5，66.0）	32.50 （21.25，54.00）	488.50 （188.25，5 657.00）	0.79 （0.51，0.90）	0.135 （0.040，0.430）
非CNSI组	47	30（63.8）	17（36.7）	54.0 （32.0，65.0）	26.00 （20.00，39.00）	199.00 （73.00，490.00）	0.72 （0.49，0.85）	0.200 （0.060，0.430）
统计值		0.127	-0.704	-1.331	-3.038	-1.168	-0.627
P值		0.721	0.482	0.183	0.002	0.243	0.530
组别	Glu/ （mmol·L-1）		TP/ （mg·L-1）	Cl/ （mmol·L-1）	LAC/ （mmol·L-1）	颅脑手术/ [例（%）]	疾病转归
组别	Glu/ （mmol·L-1）		TP/ （mg·L-1）	Cl/ （mmol·L-1）	LAC/ （mmol·L-1）	颅脑手术/ [例（%）]	好转或治愈/ [例（%）]	死亡/ [例（%）]
CNSI组	2.05 （1.10，2.63）		2 682 （1 815，2 771）	121.35±7.73	4.22 （3.23，6.01）	24（70.6）	33（97.1）	1（2.9）
非CNSI组	2.90 （2.40，4.11）		1 943 （1 071，2 424）	123.34±5.63	3.62 （2.41，5.22）	24（51.1）	46（97.9）	1（2.1）
统计值	-3.676		2.402	-1.34	-1.747	3.115
P值	<0.001		<0.001	0.184	0.081	0.078	1.000①

方法	细菌		合计	真菌	病毒
方法	革兰阴性菌	革兰阳性菌	合计	真菌	病毒
mNGS	7	1	8	1	5
传统方法	3	1	4	1	0
P值	0.070	1.000	0.131	1.000	0.008

方法	细菌		合计	真菌	病毒
方法	革兰阴性菌	革兰阳性菌	合计	真菌	病毒
mNGS	7	1	8	1	5
传统方法	3	1	4	1	0
P值	0.070	1.000	0.131	1.000	0.008

方法	革兰阴性菌
方法	鲍曼不动杆菌		肺炎克雷伯菌	嗜麦芽窄食单胞菌	豚鼠气单胞菌	产气克雷伯菌		福赛斯坦纳菌	牙龈卟啉单胞菌	合计
mNGS	4		3	2	2	1		1	1	14
传统方法	2		0	2	2	0		0	0	6
χ²值										10.309
P值	0.673^①		0.239^①	1.000^①	1.000^①	1.000^①		1.000^①	1.000^①	0.001
方法	革兰阳性菌			真菌（热带念珠菌）	病毒
方法	表皮葡萄球菌	粪肠球菌	合计	真菌（热带念珠菌）	人类疱疹病毒4型	人类疱疹病毒5型	人类疱疹病毒7型	人类疱疹病毒2型	人类细小病毒B19	合计
mNGS	0	1	1	1	4	4	2	1	1	12
传统方法	1	0	1	1	0	0	0	0	0	0
χ²值
P值	1.000^①	1.000^①	1.000^①	1.000^①	0.114^①	0.114^①	0.493^①	1.000^①	1.000^①	<0.001^①