來源：動脈網(wǎng) 作者： 王世薇
原文：https://xueqiu.com/6674356504/132145843
2019年诞仓，宏基因組病原體檢測徹底火了起來优构。
早前瓷们，新一代基因測序技術(shù)（NGS）的擁護者們刀耕火種般開辟臨床市場，一點一點將NIPT打造成點石成金的產(chǎn)品后冈欢，構(gòu)筑了難以撼動的市場格局歉铝。而后，腫瘤基因檢測產(chǎn)品急迫希望將NIPT的成功如法炮制凑耻，卻留下兵荒馬亂得讓投資人們審美疲勞的局面太示。
如今，宏基因組病原體檢測的出現(xiàn)拳话，似乎打開了未來的一扇門先匪。它嚴格采用了NGS臨床應用的全套流程，無需驗證基礎技術(shù)的可行性弃衍，同時呀非，它彌補了傳統(tǒng)微生物檢測陽性率極低的技術(shù)短板，面對的是抗生素監(jiān)管之下廣闊的市場空間镜盯。
國內(nèi)最早開展這項業(yè)務的華大基因在年中發(fā)布的2018年財報上顯示岸裙，其感染防控業(yè)務營收同比增速位列各大業(yè)務條線前三。新晉明星企業(yè)金匙醫(yī)學今年初逆勢獲得資本熱捧速缆，另有多家投資機構(gòu)都提及正在密切關(guān)注金匙醫(yī)學的發(fā)展降允。各家基因檢測企業(yè)在宣傳上頻頻將產(chǎn)品線向宏基因組病原體檢測靠攏，都在講述宏基因組病原體檢測真的火起來了的故事艺糜。
然而剧董，當我們選擇用數(shù)據(jù)說話時就會發(fā)現(xiàn)，盡管各家宏基因組病原體檢測產(chǎn)品已經(jīng)累計賣出三萬多份破停，宏基因組病原體檢測產(chǎn)品在臨床微生物檢測中的轉(zhuǎn)化率仍然非常低翅楼。換言之，真正在臨床上落地的宏基因組病原體檢測產(chǎn)品非常少真慢。
在本文中毅臊，動脈網(wǎng)采訪了北京大學第一醫(yī)院感染疾病科主任王貴強教授、金匙醫(yī)學CEO蔣智博士黑界、君聯(lián)資本戚飛博士和一些從業(yè)者管嬉，希望能夠從著名醫(yī)生、領(lǐng)軍創(chuàng)業(yè)者朗鸠、已布局這一賽道的投資人等多個角度蚯撩，找出宏基因組病原體檢測概念與產(chǎn)品冰火兩重天之下，阻礙產(chǎn)品落地的技術(shù)難點烛占，探索宏基因組病原體檢測未來真正的應用前景求厕。
宏基因組病原體檢測的正確打開方式
宏基因組測序是一項科研服務中非常成熟的技術(shù)，在土壤微生物檢測中常被用到。直到2014年呀癣，英國科學家通過宏基因組輔助檢測治愈了一位原因不明、反復發(fā)熱弦赖、具有癲癇及腦積水癥狀的14歲男孩的案例项栏，才開啟了全球范圍內(nèi)宏基因組臨床應用的探索。在國內(nèi)蹬竖，華大基因首次引入臨床病原體診斷沼沈，并在2016年完成全球首例神經(jīng)性布氏桿菌病（NB）感染檢測币厕，讓國內(nèi)外宏基因組病原體檢測有了近乎同步的臨床進展列另。
宏基因組病原體檢測是對感染標本直接進行高通量測序，通過專門的病原數(shù)據(jù)庫比對旦装，獲得疑似致病微生物的種屬信息页衙，并提供能夠指導臨床治療的分析報告，為疑難危重感染提供快速精準診斷依據(jù)阴绢。
微生物包括細菌店乐、真菌以及一些小型的原生生物、顯微藻類等在內(nèi)的一大類生物群體以及病毒呻袭，涵蓋有益與有害的眾多種類眨八。臨床微生物學的范疇包括微生物診斷學和臨床樣本的病原學識別，以指導感染性疾病患者的管理和治療策略左电，以及公共衛(wèi)生微生物學廉侧、社區(qū)感染性疾病報告的監(jiān)督和監(jiān)測。
根據(jù)提取核酸的種類不同篓足，宏基因組病原體檢測分為DNA檢測流程和RNA檢測流程段誊。DNA檢測流程適用于胞內(nèi)寄生的細菌如結(jié)核分枝桿菌、細胞壁較厚的真菌如隱球菌等病原的檢出纷纫。RNA檢測流程適用于流感病毒枕扫、呼吸道合胞病毒、冠狀病毒等RNA病毒的檢出辱魁。疑似RNA病毒感染時烟瞧，需要選擇RNA檢測流程。
在臨床操作用染簇，宏基因組病原體檢測需要經(jīng)過采集感染部位樣本参滴、提取核酸、高通量測序锻弓、生物信息分析砾赔、出具檢測結(jié)果和報告解讀等環(huán)節(jié)，具體流程如下圖所示：
據(jù)蔣智博士透露：樣本處理、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和生信分析是宏基因組病原體檢測中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)暴心。
其中妓盲，樣本處理最為關(guān)鍵，并且難度最大专普，需要保證核酸完整悯衬、保存方式妥當。當用于科研服務中時檀夹，核酸提取完整度通常做到80%即可筋粗，臨床上則需要盡可能100%提取≌ǘ桑“往往病原檢出陽性的可能性娜亿，就存在于沒有被提取到的核酸中“龆拢”因此买决，優(yōu)化核酸提取工藝和保存條件是宏基因組病原體檢測企業(yè)需要攻克的難題。
而真正制約宏基因組病原體檢測商業(yè)化的重要因素是參考數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建辰斋。由于沒有滿足完整需求的公共數(shù)據(jù)庫策州，宏基因病原體檢測企業(yè)需要基于公共數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)清洗和本身案例積累，建立自身的數(shù)據(jù)庫宫仗。其中够挂，參考數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的技術(shù)難度并不大，但工作量驚人藕夫。僅所搜集的文獻和測序數(shù)據(jù)孽糖，就相當于一個至少10人博士團隊1年的工作量。
與科研服務只需要提供數(shù)據(jù)報告不同毅贮，宏基因組病原診斷需要提供醫(yī)生能夠理解的檢測結(jié)果办悟，而檢測結(jié)果的準確性在一定程度上取決于參考數(shù)據(jù)庫的可靠和適當。
金匙醫(yī)學創(chuàng)始人蔣智博士認為滩褥，宏基因組病原檢測的流程和數(shù)據(jù)庫靠譜只是開展這項業(yè)務的基本前提病蛉，產(chǎn)品打磨不能缺少臨床專家的參與，臨床研究積累在報告解讀規(guī)則制定中發(fā)揮重要作用瑰煎，“宏基因組病原體檢測企業(yè)應該加強與臨床專家的合作铺然，通過實打?qū)嵉陌咐e累，共同打磨產(chǎn)品酒甸∑墙。”
誠然，需要樣本積累到一定數(shù)量插勤，才能得到足夠多的準確閾值沽瘦，以確定何種情況屬于病原陽性革骨，減小模糊區(qū)間。現(xiàn)階段析恋，檢測結(jié)果通常依托宏基因組病原體檢測企業(yè)的經(jīng)驗做判斷良哲。蔣智博士認為，出現(xiàn)這種情況绿满，一方面是樣本積累數(shù)量不足臂外，另一方面是臨床參與度不夠，需要聯(lián)合臨床專家開展足夠多的高質(zhì)量臨床試驗喇颁，提高結(jié)果的可用性，并且把臨床符合度作為評價產(chǎn)品的最重要指標嚎货。
動脈網(wǎng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)橘霎，目前市場上有很多原本從事腸道微生物檢測的企業(yè)，也在對外提供宏基因組病原體檢測服務殖属。但實際上姐叁，腸道微生物檢測與宏基因組病原體檢測間存在明顯差異，前者側(cè)重于科研服務和健康人群洗显，輸出類型為數(shù)據(jù)報告外潜，而后者用于臨床診斷，需要輸出嚴謹?shù)臋z測報告挠唆。此外处窥，腸道微生物檢測所采集的樣本中，會混入少量脫落的人體細胞玄组，但提取到的仍以微生物核酸為主滔驾，但病原微生物檢測樣本中混入的背景人體核酸則較多，樣本處理和文庫構(gòu)建的難度更大俄讹。
病原體診斷的金字塔尖市場
這是本次接受動脈網(wǎng)采訪的幾位業(yè)內(nèi)人士對宏基因病原體檢測現(xiàn)階段市場規(guī)模的共同判斷哆致，在將宏基因組病原體檢測與傳統(tǒng)病原體檢測進行優(yōu)劣勢對比后，我們找到了宏基因組病原體檢測產(chǎn)品落地困難的其中一個原因患膛。
簡單分析可以發(fā)現(xiàn)摊阀，宏基因組病原體檢測最大的優(yōu)勢在于檢測通量。與常規(guī)檢測手段在單次檢測中只能針對特定的單種或數(shù)種微生物不同踪蹬，宏基因組病原體檢測基于其底層技術(shù)的高通量優(yōu)勢胞此，能夠根據(jù)所采用產(chǎn)品對比的參考數(shù)據(jù)庫大小一次性檢測出樣本中幾乎所有種類的病原微生物。
同時延曙，宏基因組病原體檢測的前處理環(huán)節(jié)只涉及核酸提取和文庫構(gòu)建豌鹤，不存在培養(yǎng)中出現(xiàn)的時滯，能夠更好應對危重情形下的病原診斷需求枝缔。
而宏基因組病原體檢測動輒數(shù)千元的費用布疙，在門診的簡單病原診斷中并不具備優(yōu)勢蚊惯，這顯然不利于宏基因組病原體檢測產(chǎn)品在臨床市場中推廣。
此外灵临，盡管宏基因組病原體檢測產(chǎn)品在中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染等相對成熟的領(lǐng)域病原檢出陽性率已經(jīng)高達50%-60%截型。但在血流感染中，主流的臨床宏基因組學產(chǎn)品陽性率只有30%左右儒溉，前者在重癥感染中占比高達70%-80%宦焦。病原檢出能力在不同感染中并不相同，無疑也是目前制約宏基因組病原體檢測產(chǎn)品在臨床落地的重要原因顿涣。
第三個層面的原因在于波闹，病原診斷在院內(nèi)屬于相對冷門的項目。一方面涛碑，相比于發(fā)病率極高的病毒性肝炎治療集中的臨床資源供給精堕，細菌、真菌診療并不屬于感染科中比較主流的領(lǐng)域蒲障；另一方面歹篓，細菌、真菌診斷操作復雜繁瑣揉阎，成功率低庄撮，醫(yī)生采用積極性很低。
基于現(xiàn)有診斷手段毙籽，如血培養(yǎng)洞斯、PCR等只能在近三千種具有明確臨床價值的菌種類別中做匹配，“送檢樣本中病原檢出平均陽性率不足20%惧财，遠不能滿足臨床治療的需求巡扇，提高病原診斷率是目前感染病臨床治療的突破點】逯裕”北京大學第一醫(yī)院感染疾病科主任王貴強教授指出厅翔。
在我國，每年有超過10億人次發(fā)生感染搀突，其中的絕大多數(shù)常見感染通過經(jīng)驗性的治療和常規(guī)的檢測手段都能解決刀闷。據(jù)統(tǒng)計，每年有約2000萬人發(fā)生疑難仰迁、危重感染甸昏，這部分感染屬于診斷的空白地帶，宏基因組病原檢測進入的正是這一領(lǐng)域徐许。
實際上施蜜，近年來國家高度重視細菌、真菌診斷能力提升雌隅，實現(xiàn)抗菌藥物的合理使用翻默。2016年8月缸沃，國家衛(wèi)生計生委、發(fā)展改革委等14個部門聯(lián)合印發(fā)了《遏制細菌耐藥國家行動計劃（2016-2020年）》修械，強調(diào)二級以上醫(yī)院細菌真菌診療能力提升和抗菌藥使用管理的多學科診療模式趾牧，希望在改變?yōu)E用抗生素現(xiàn)狀中引入專業(yè)、先進的診療手段肯污。
王貴強教授告訴動脈網(wǎng)翘单，醫(yī)院端存在提高病原診斷能力的可觀需求，對宏基因組病原診斷等先進技術(shù)接納程度非常高蹦渣。王教授本人也正在密切關(guān)注病原快速診斷哄芜、宏基因組病原診斷等多項前沿技術(shù)的落地。
細菌培養(yǎng)已經(jīng)遠遠滿足不了臨床需求柬唯，亟需新技術(shù)在臨床轉(zhuǎn)化忠烛，包括NGS、三代測序权逗、快速診斷等，我們已經(jīng)將病原快速診斷和宏基因組病原體檢測用于消化系統(tǒng)冤议、中樞神經(jīng)系統(tǒng)斟薇、呼吸道、血流感染中臨床亟待解決的難題恕酸。王貴強教授表示堪滨，推動前沿病原診斷項目在臨床上轉(zhuǎn)化落地，是他最近兩年來非常重要的工作內(nèi)容蕊温。
商業(yè)化瓶頸：更長讀長袱箱、更低價格
至此，本文已經(jīng)分析了宏基因組病原的正確打開方式和臨床落地中存在的阻礙义矛，我們認為发笔，宏基因組病原體檢測在優(yōu)化檢測流程和降低檢測成本后，將逐漸走下金字塔尖凉翻，成為數(shù)十億人次的病原診斷市場中常規(guī)的檢測手段了讨。
從本質(zhì)上講，宏基因組病原體檢測需要高通量制轰、高靈敏度前计，才能在巨大的背景信號中找到微量的病原序列。
一方面垃杖，現(xiàn)有的mNGS病原體檢測主要基于短讀長的測序平臺完成男杈，需要長度長的測序結(jié)果，PCR-free文庫構(gòu)建调俘，實時長度長測序伶棒，壓縮測序時間旺垒，貼合危重感染對于檢測時效性的高要求，這些都是臨床的需求和未來的趨勢苞冯。不過袖牙，三代測序的臨床應用在未來2~3年內(nèi)是很難實現(xiàn)的。
另一方面舅锄，盡管從2008年到2014年鞭达，人類基因組測序的成本已經(jīng)從百萬級下降到千元級，隨著測序通量增加和更多玩家進入皇忿，成本還將繼續(xù)下降畴蹭。
隨著檢測流程和檢測成本的不斷優(yōu)化，mNGS未來會逐漸取代部分常規(guī)檢測鳍烁，通過讀取更長讀長的基因序列數(shù)據(jù)叨襟，實現(xiàn)耐藥、毒力和更精準分型的判斷幔荒，隨著儀器不斷小型化糊闽，未來將可能作為床旁使用工具。
抗感染藥物是全球最大的用藥市場之一爹梁，覆蓋了最多的用藥人群和用藥頻次右犹。但是由于治療習慣的不同，國內(nèi)病原微生物檢測產(chǎn)品采用率遠低于國外姚垃，君聯(lián)資本戚飛博士認為念链，陽性率更高的宏基因組病原體檢測產(chǎn)品的出現(xiàn)，能夠為腦炎积糯、腦膜炎掂墓、膿毒血癥等不明原因的重癥感染等場景提供解決方案，提高臨床上抗感染藥物的用藥精準程度看成。
而對于宏基因組病原體檢測行業(yè)的成熟期估算君编，戚飛博士認為至少需要3~5年。盡管宏基因組病原體檢測市場需求切實存在绍昂，國家對于抗生素濫用的限制性規(guī)定也會促進行業(yè)發(fā)展啦粹，但在國內(nèi)的抗感染、抗菌藥物使用環(huán)境下窘游，這個方向不會一蹴而就地體現(xiàn)在臨床實踐中唠椭，還需要產(chǎn)品打磨和市場教育，“市場的成熟需要時間和從業(yè)者的共同努力忍饰√吧”
“宏基因組病原體檢測行業(yè)可能不會出現(xiàn)如腫瘤基因檢測行業(yè)那樣一擁而上的局面“叮”在以往力崇，資本入局可能會在一定程度上“拔苗助長”式催熟產(chǎn)業(yè)斗塘，但宏基因組病原體檢測產(chǎn)品在技術(shù)優(yōu)化和生信服務都需要做到更進一步，切實解決臨床未滿足需求是企業(yè)的核心任務亮靴，不太具備被資本快速成熟的特質(zhì)馍盟，需要通過真實的臨床案例積累和切實的市場教育來逐漸做大市場蛋糕。
戚飛博士也提到茧吊，宏基因組病原體檢測已經(jīng)累計了多家醫(yī)院和企業(yè)數(shù)萬例臨床應用贞岭，臨床醫(yī)生也越來越多的認識到這個技術(shù)的價值，加上目前初始階段從業(yè)者們在參考數(shù)據(jù)庫構(gòu)建搓侄、市場教育等方向上的持續(xù)耕耘瞄桨，行業(yè)成熟更多是時間上的考量。
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2014年新英格蘭醫(yī)學雜志報道了一個通過宏基因組輔助檢測治愈了一位原因不明讶踪、反復發(fā)熱芯侥、具有癲癇及腦積水癥狀的14歲男孩的案例，這是歷史上首個宏基因組臨床應用成功的案例乳讥。文章報道這個常規(guī)治療及病原篩查都沒有確診原因柱查，隨后對腦脊液樣本mNGS篩查，結(jié)合生物信息學分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)一種可疑的致病菌 leptospira infection云石，隨后針對性地使用萬古霉素和頭孢吡肟治療后出院物赶。該團隊確認這是一種尚未報道過的病原微生物 [Actionable diagnosis of neuroleptospirosis by next-generation sequencing. N Engl J Med. 2014]。由此留晚，臨床宏基因組正式應用于微生物診斷拉開了帷幕。
宏基因組測序以無需純化培養(yǎng)告嘲、能夠快速全面的展示序列信息的優(yōu)勢错维，逐步在臨床上開枝散葉。2016年美國FDA認可用二代測序技術(shù)進行微生物鑒定及耐藥毒力分析橄唬；2019年病原宏基因組學被寫入成人醫(yī)院獲得性肺炎與呼吸機相關(guān)性肺炎診斷和治療指南赋焕；2019年復旦大學附屬中山醫(yī)院的胡必杰團隊研究結(jié)果顯示，mNGS具有更高的病原體鑒定靈敏度仰楚，受抗生素的影響較小隆判，因此具有檢測傳染疾病的潛力及臨床意義 ，其結(jié)果發(fā)表自世界著名學術(shù)期刊 Clinical Infectious diseases上[Microbiological Diagnostic Performance of Metagenomic Next-generation Sequencing When Applied to Clinical Practice. Clinical Infectious Diseases. 2018]僧界；2019年中華急診醫(yī)學雜志發(fā)表《宏基因組診斷技術(shù)在急危重癥感染應用的專家共識》侨嘀。
