近年來，造成人類感染性疾病的病原微生物日益復雜、種類增多，抗菌藥物濫用致使細菌耐藥，病原微生物已成為全球關注的焦點。

感染是急危重癥患者死亡的主要原因之一。據 WHO 統計，全球感染性疾病導致的患者死亡占全部死因的 25%以上，每年約 1300 萬兒童死于感染性疾病。在中國，感染性疾病占所有疾病的 50%以上，75%造血系統腫瘤患者和 50%實體腫瘤患者死于感染，膿毒癥（嚴重感染）患者病死率高達 50%。重癥感染起病急、進展快、病原體復雜，基于宏基因組的二代測序（ metagenomics nextgeneration sequencing，mNGS）技術作為病原微生物的快速檢測手段， 在重癥和疑難病例的病原學診斷中發揮了重要作用。

微生物鑒定方法比較

傳統的微生物鑒定方法分為培養和非培養兩類。臨床公認的“金標準”是分離培養和生化鑒定，這種方法的操作周期長、失敗率高，并且不是每種病原體都可以培養。

不依賴培養的方法，比如涂片鏡檢、抗體抗原免疫等，在采樣當天即可報告結果，這些方法的時效性強，但在敏感性和特異性上存在較明顯的劣勢，而且傳統的微生物鑒定方法無法快速識別未知或者罕見的病原微生物。

PCR檢測雖然在靈敏度、特異度和檢測時效上明顯優于培養法，但因為PCR法基于已知病原菌的基因組序列，所能提供的信息有限，依然不能解決臨床診斷陽性率低的問題。

質譜技術因其高靈敏度、特異性、自動化和高通量等特點，被廣泛用于病原微生物蛋白質、多肽等的研究。但目前僅能處理培養后菌株等相對單純樣品，難以對原始臨床標本中復雜背景樣品進行病原檢測，檢測內容也僅限于病原體分型，在生物耐藥性分析和毒力研究等方面進展較少。

mNGS 不依賴于傳統的微生物培養，也無需特異性擴增，可直接對臨床樣本中的核酸無差別、無選擇性地進行高通量測序，與已知微生物序列數據庫進行比對分析，根據比對到的序列信息來判斷樣本包含的病原微生物種類，能夠快速、客觀地檢測臨床樣本中的病原微生物（包括病毒、細菌、真菌、寄生蟲）。

檢測方法	優點	缺點
培養法	臨床公認的“金標準”，可適應較大樣本體積、價格低廉	檢測敏感度受限于培養時抗生素的使用、有些微生物難以培養、無法檢測病毒、檢測周期長
免疫學法	時效性強，周期1-3天、價格便宜、操作簡單、可檢測支原體、衣原體、病毒等	敏感性和特異性差、并不是所有病原微生物都有相應抗體、有窗口期、假陽性高
核酸檢測（PCR）	簡單、快速、價格低、可定量檢測、準確性高	依賴主觀假設、檢測已知的微生物、需要引物擴增，但引物并不總是可靠、只能檢測微生物基因組的很小部分
質譜法	過程簡單、特異性和準確性高、可進行高通量分析	基于已培養的陽性菌落，依賴培養、只能檢測細菌和真菌約1000種已知微生物、部分病原體不能鑒定到種、只能定性不能定量
mNGS	客觀檢測，不依賴假設、可檢測任意微生物、可以發現新的病原微生物、可定量檢測核酸、可檢測基因組的任一部分	檢測結果受宿主背景微生物組成影響、對樣本要求高，易受其他部位樣本污染，易受環境微生物污染，時效性不如核酸檢測PCR、檢測價格高

mNGS流程及存在的問題

病原微生物高通量檢測過程主要包括實驗操作（濕實驗）和生信分析（干實驗）兩個部分。濕實驗從收到標本開始，針對不同的樣本類型進行特異處理，提取核酸進行文庫構建，然后上機測序；干實驗包括下機數據的分析，去人源宿主序列，比對病原微生物數據庫，進行種屬鑒定，最后解讀報告。

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宏基因組病原體微生物檢測流程

雖然mNGS對罕見病原菌感染的診斷具有優勢，可審慎地用于現有成熟檢測技術不能確定的病原體，或經恰當與規范抗感染治療無效的患者。但其技術仍存在著一些尚待解決的問題：

1、操作流程標準化：mNGS操作流程復雜，各個環節均易引入污染，干擾檢測結果，所以在防止污染和質量控制方面建立一系列標準化操作程序必不可少。

2、定植菌、背景菌易干擾：檢出的病原體只能代表標本中存在這些檢出微生物，無法具體確定是定植菌、背景菌還是致病菌。

3、胞內菌/厚壁菌檢出率低：胞內感染菌釋放到體液中的含量較少，具有較厚細胞壁的病原微生物（如真菌）的核酸提取效率較低，可能因檢出序列數少、微生物豐度低，在檢測報告中未被列舉。

4、RNA 檢測難度大：人源 RNA 的豐度和復雜度較高，且易降解，對樣本運輸和保存有更高的要求。

5、尚不能完全指導耐藥菌用藥：目前報道的耐藥基因型與耐藥表型的關聯程度還存在一定差距；應用 mNGS 對臨床樣本進行耐藥相關基因的分析需要極高的測序深度，成本將增加數千倍。

應用場景

mNGS作為新興的病原體檢測技術在感染性疾病診斷中的優勢及應用價值無需置疑。如何在當前微生物檢驗流程中找到適合的切入點是 mNGS 向產業化轉變的關鍵。

樣本類型——病原微生物檢測通常是對病人感染部位取樣檢查，判斷菌種。常用微生物檢查標本有血液、尿、痰、胸水、腹水、各種分泌物、各種穿刺液、灌洗液以及鼻咽/口咽拭子等。

適用人群——目前，mNGS 的臨床適用人群定位主要以急危重癥感染患者為主，其主要適應證包括：

①病情危重需要盡快明確病原體；

②特殊病人，如免疫抑制宿主、合并基礎疾病、反復住院的重癥感染患者，需要盡快明確病原體；

③傳統微生物檢測結果反復陰性且治療效果不佳；

④疑似新發病原體、臨床上提示可能有一定的傳染性；

⑤疑似特殊病原體感染；

⑥長期發熱和/或伴有其他臨床癥狀、病因不明的感染。

感染領域——mNGS技術在血流感染、中樞神經感染、呼吸道感染、不明原因發熱及肺炎等多領域已得到臨床醫生認可和嘗試使用。

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血流感染：外周血作為血流感染首選的檢測樣本，mNGS可顯著提高血流感染的精準診斷效率，縮短了病原診斷時間，促進抗菌藥物的合理應用。

中樞神經系統感染：mNGS在中樞神經系統細菌性感染方面比傳統檢測方法具有更高的檢出率，且受抗菌藥物影響更小，但不能取代細菌培養等傳統檢測方法。此外，mNGS在診斷中樞神經系統結核、病毒、特殊病原體（如布魯氏菌）、寄生蟲等病原體感染方面也具有不可替代的優勢，而在隱球菌和曲霉等真菌性病原體的檢測需與傳統檢測方法結合。mNGS檢測也有助于非感染性疾病如自身免疫性腦炎的鑒別診斷，幫助指導用藥。總體來說，mNGS可作為慢性和復發性中樞神經系統感染的一線診斷方法，急性腦炎病例的二線診斷方法，推薦將mNGS與常規微生物檢測手段結合使用。

呼吸道感染：mNGS可對呼吸道感染提供快速、精準的病原檢測和鑒定，有效指導抗菌藥物的合理應用，避免濫用。mNSG對苛養菌（如結核/非結核分枝桿菌、諾卡菌、放線菌、厭氧菌等）、病毒等的檢測靈敏度優于或不劣于傳統檢測方法。總體來說，mNGS檢測的靈敏度在不同的呼吸道樣本中差異不顯著，但是針對非結核分枝桿菌的檢測，肺泡灌洗液的檢測靈敏度要優于痰液樣本。此外，mNGS在肺部混合性感染的診斷效率優于傳統檢測方法。

骨和關節感染：針對骨和關節感染的患者，滑膜液、植入物的超聲清洗液以及假體周圍的組織都可以用作mNGS檢測的標本。尤其推薦微生物培養結果為陰性、經驗性抗菌藥物治療效果不佳以及清創效果差的患者使用mNGS進行病原檢測。

尿路感染：mNGS在細菌、真菌性尿路感染方面并不優于傳統檢測方法，對于病毒性（如腎移植后多瘤病毒）感染、復雜性尿路感染診斷方面具有優勢。此外，尿液檢測中的限制點在于報告解讀難度大，遠端尿道、尿道周圍皮膚以及陰道定植菌會干擾報告判讀，需要有經驗的臨床醫生參與解讀。

消化系統感染：mNGS在腸道病原鑒定中的應用較少，其更大的應用價值體現在腸道病原微生物中耐藥基因鑒定，以及識別罕見病毒性肝炎的原因。

復雜和非典型病原體感染：許多病例已經證明了mNGS在鑒定復雜和非典型病原體感染方面的優越性。

免疫功能低下患者：推薦mNGS作為實體器官移植和造血干細胞移植患者的一線感染診斷、監測工具或作為常規檢測的補充手段。

不明原因發熱患者：mNGS已經極大提高了不明原因發熱患者的病原診斷效率，并有望用作發熱待查患者的一體化診斷測試，用于區分感染和非感染，以及發現新發病原體。

不明原因肺炎：新型冠狀病毒最初由mNGS技術鑒定出，該技術對于監測和應對突發傳染性疾病具有重要價值。

新冠助推mNGS乘風破浪

2019年12月末，湖北武漢金銀潭醫院5例重癥肺炎患者的臨床資料和支氣管肺泡灌洗樣本，進行mNGS檢測，發現從未報告過的、與SARS病毒核苷酸序列相似度達79%的冠狀病毒。證明了mNGS在突發傳染病檢測中的重要價值。

國內已有多家提供mGNS微生物醫療器械創新網的公司，包括華大基因、賽哲生物、金匙基因、譜元科技、杰毅生物、博奧生物、達瑞生物、永諾生物、微遠基因、迅敏康、微碼、銳翌生物等。疫情的助推，促使各家企業在今年紛紛拿到億元級別的融資。

2020 mNGS企業融資情況

企業名稱	融資時間	融資輪次	融資金額	投資機構
華大因源	2020-06-22	股權融資	4000萬人民幣	高林資本 南海領航 華大基因
微遠基因	2020-08-12	B輪	2億人民幣	鼎暉投資 中金資本 火山石資本 國科嘉和
杰毅生物	2020-08-01 ? 2020-03-17	A輪 ? ? Pre-A輪	千萬級人民幣 ? ? 近億人民幣	辰德資本 ? ? 比鄰星創投 普華資本 個人投資者
予果生物	2020-09-28 ? ? ?? ? 2020-06-29 ? ? 2020-02-25	A輪 ? ? ? ? Pre-A+輪 ? ? Pre-A輪	2.18億人民幣 ? ? ? ? 千萬級人民幣 ? ? 近億人民幣	龍磐投資 創新工場 辰德資本 北極光創投 ? 真善美嘉通投資 ? 北極光創投
迅敏康	2020-04-27	A輪	數千萬人民幣	翕然資本 泛洲麒翔
金匙醫學	2020-11-02 ? ? 2020-02-03	C輪 ? ? B+輪	2.3億人民幣 ? ? 5000萬人民幣	華蓋資本 杏澤資本 元生創投 君聯資本 ? 帆茂投資 達晨財智 君聯資本
銳翌生物	2020-02-29	戰略融資	未披露	張江浩成 魯信創投

在競爭中脫穎而出的根本是取決于測序結果的可靠程度，不同的公司采用不同的樣本處理技術、數據庫及數據分析技術，報告解讀方法各有差異，無統一標準，臨床醫生需憑借經驗進行解讀。

微生物醫療器械創新網公司如何協助臨床醫生進行數據解讀，提高診斷準確度也是目前差異化競爭的核心。“探因醫學”是專注于病原微生物臨床分子診斷產品研發和mNGS測序服務的高科技企業，業務范圍覆蓋全國20余個區域，已與200余家三甲醫院開展合作。

參考文獻：

[1] 病原微生物宏基因組測序，千麥醫療

[2] 宏基因組分析和診斷技術概述，中國醫藥報

[3] 肺泡灌洗液宏基因組測序在兒童重癥肺炎支原體肺炎混合感染中的診斷價值，臨床兒科雜志

[4] 質譜技術在病原微生物診斷中的應用, 中國人獸共患病學報

[5] 一文看懂病原微生物檢測, 生信阿拉丁

[6] 超多重PCR技術及其在臨床病原微生物檢測的應用，探針資本

[7] High‐Throughput Metagenomics for Identification of Pathogens in the Clinical Settings，Small Methods（探因醫學）