宏基因组病原体检测火起来后，我们访谈了这个行业的先行者
2019年，宏基因组病原体检测彻底火了起来。
早前，新一代基因测序技术（NGS）的拥护者们刀耕火种般开辟临床市场，一点一点将NIPT打造成点石成金的产品后，构筑了难以撼动的市场格局。而后，肿瘤基因检测产品急迫希望将NIPT的成功如法炮制，却留下兵荒马乱得让投资人们审美疲劳的局面。
如今，宏基因组病原体检测的出现，似乎打开了未来的一扇门。它严格采用了NGS临床应用的全套流程，无需验证基础技术的可行性，同时，它弥补了传统微生物检测阳性率极低的技术短板，面对的是抗生素监管之下广阔的市场空间。
国内最早开展这项业务的华大基因在年中发布的2018年财报上显示，其感染防控业务营收同比增速位列各大业务条线前三。新晋明星企业金匙医学今年初逆势获得资本热捧，另有多家投资机构都提及正在密切关注金匙医学的发展。各家基因检测企业在宣传上频频将产品线向宏基因组病原体检测靠拢，都在讲述宏基因组病原体检测真的火起来了的故事。
然而，当我们选择用数据说话时就会发现，尽管各家宏基因组病原体检测产品已经累计卖出三万多份，宏基因组病原体检测产品在临床微生物检测中的转化率仍然非常低。换言之，真正在临床上落地的宏基因组病原体检测产品非常少。
在本文中，动脉网采访了北京大学第一医院感染疾病科主任王贵强教授、金匙医学CEO蒋智博士、君联资本戚飞博士和一些从业者，希望能够从著名医生、领军创业者、已布局这一赛道的投资人等多个角度，找出宏基因组病原体检测概念与产品冰火两重天之下，阻碍产品落地的技术难点，探索宏基因组病原体检测未来真正的应用前景。
宏基因组病原体检测的正确打开方式
宏基因组测序是一项科研服务中非常成熟的技术，在土壤微生物检测中常被用到。直到2014年，英国科学家通过宏基因组辅助检测治愈了一位原因不明、反复发热、具有癫痫及脑积水症状的14岁男孩的案例，才开启了全球范围内宏基因组临床应用的探索。在国内，华大基因首次引入临床病原体诊断，并在2016年完成全球首例神经性布氏杆菌病（NB）感染检测，让国内外宏基因组病原体检测有了近乎同步的临床进展。
宏基因组病原体检测是对感染标本直接进行高通量测序，通过专门的病原数据库比对，获得疑似致病微生物的种属信息，并提供能够指导临床治疗的分析报告，为疑难危重感染提供快速精准诊断依据。
微生物包括细菌、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体以及病毒，涵盖有益与有害的众多种类。临床微生物学的范畴包括微生物诊断学和临床样本的病原学识别，以指导感染性疾病患者的管理和治疗策略，以及公共卫生微生物学、社区感染性疾病报告的监督和监测。
根据提取核酸的种类不同，宏基因组病原体检测分为DNA检测流程和RNA检测流程。DNA检测流程适用于胞内寄生的细菌如结核分枝杆菌、细胞壁较厚的真菌如隐球菌等病原的检出。RNA检测流程适用于流感病毒、呼吸道合胞病毒、冠状病毒等RNA病毒的检出。疑似RNA病毒感染时，需要选择RNA检测流程。
在临床操作用，宏基因组病原体检测需要经过采集感染部位样本、提取核酸、高通量测序、生物信息分析、出具检测结果和报告解读等环节，具体流程如下图所示：
宏基因组病原体检测流程
据蒋智博士透露：样本处理、数据库构建和生信分析是宏基因组病原体检测中至关重要的环节。
其中，样本处理最为关键，并且难度最大，需要保证核酸完整、保存方式妥当。当用于科研服务中时，核酸提取完整度通常做到80%即可，临床上则需要尽可能100%提取。“往往病原检出阳性的可能性，就存在于没有被提取到的核酸中。”因此，优化核酸提取工艺和保存条件是宏基因组病原体检测企业需要攻克的难题。
而真正制约宏基因组病原体检测商业化的重要因素是参考数据库的构建。由于没有满足完整需求的公共数据库，宏基因病原体检测企业需要基于公共数据库的数据清洗和本身案例积累，建立自身的数据库。其中，参考数据库构建的技术难度并不大，但工作量惊人。仅所搜集的文献和测序数据，就相当于一个至少10人博士团队1年的工作量。
与科研服务只需要提供数据报告不同，宏基因组病原诊断需要提供医生能够理解的检测结果，而检测结果的准确性在一定程度上取决于参考数据库的可靠和适当 。
金匙医学创始人蒋智博士认为，宏基因组病原检测的流程和数据库靠谱只是开展这项业务的基本前提，产品打磨不能缺少临床专家的参与，临床研究积累在报告解读规则制定中发挥重要作用，“宏基因组病原体检测企业应该加强与临床专家的合作，通过实打实的案例积累，共同打磨产品。”
诚然，需要样本积累到一定数量，才能得到足够多的准确阈值，以确定何种情况属于病原阳性，减小模糊区间。现阶段，检测结果通常依托宏基因组病原体检测企业的经验做判断。蒋智博士认为，出现这种情况，一方面是样本积累数量不足，另一方面是临床参与度不够，需要联合临床专家开展足够多的高质量临床试验，提高结果的可用性，并且把临床符合度作为评价产品的最重要指标。
动脉网调查后发现，目前市场上有很多原本从事肠道微生物检测的企业，也在对外提供宏基因组病原体检测服务。但实际上，肠道微生物检测与宏基因组病原体检测间存在明显差异，前者侧重于科研服务和健康人群，输出类型为数据报告，而后者用于临床诊断，需要输出严谨的检测报告。此外，肠道微生物检测所采集的样本中，会混入少量脱落的人体细胞，但提取到的仍以微生物核酸为主，但病原微生物检测样本中混入的背景人体核酸则较多，样本处理和文库构建的难度更大。
病原体诊断的金字塔尖市场
这是本次接受动脉网采访的几位业内人士对宏基因病原体检测现阶段市场规模的共同判断，在将宏基因组病原体检测与传统病原体检测进行优劣势对比后，我们找到了宏基因组病原体检测产品落地困难的其中一个原因。
不同诊断方式对比（动脉网根据公开资料整理）
简单分析可以发现，宏基因组病原体检测最大的优势在于检测通量。与常规检测手段在单次检测中只能针对特定的单种或数种微生物不同，宏基因组病原体检测基于其底层技术的高通量优势，能够根据所采用产品对比的参考数据库大小一次性检测出样本中几乎所有种类的病原微生物。
同时，宏基因组病原体检测的前处理环节只涉及核酸提取和文库构建，不存在培养中出现的时滞，能够更好应对危重情形下的病原诊断需求。
而宏基因组病原体检测动辄数千元的费用，在门诊的简单病原诊断中并不具备优势，这显然不利于宏基因组病原体检测产品在临床市场中推广。
此外，尽管宏基因组病原体检测产品在中枢神经系统感染等相对成熟的领域病原检出阳性率已经高达50%~60%。但在血流感染中，主流的临床宏基因组学产品阳性率只有30%左右，前者在重症感染中占比高达70%~80%。病原检出能力在不同感染中并不相同，无疑也是目前制约宏基因组病原体检测产品在临床落地的重要原因。
第三个层面的原因在于，病原诊断在院内属于相对冷门的项目。一方面，相比于发病率极高的病毒性肝炎治疗集中的临床资源供给，细菌、真菌诊疗并不属于感染科中比较主流的领域；另一方面，细菌、真菌诊断操作复杂繁琐，成功率低，医生采用积极性很低。
基于现有诊断手段，如血培养、PCR等只能在近三千种具有明确临床价值的菌种类别中做匹配，“送检样本中病原检出平均阳性率不足20%，远不能满足临床治疗的需求，提高病原诊断率是目前感染病临床治疗的突破点。”北京大学第一医院感染疾病科主任王贵强教授指出。
在我国，每年有超过10亿人次发生感染，其中的绝大多数常见感染通过经验性的治疗和常规的检测手段都能解决。据统计，每年有约2000万人发生疑难、危重感染，这部分感染属于诊断的空白地带，宏基因组病原检测进入的正是这一领域。
实际上，近年来国家高度重视细菌、真菌诊断能力提升，实现抗菌药物的合理使用。2016年8月，国家卫生计生委、发展改革委等14个部门联合印发了《遏制细菌耐药国家行动计划（2016-2020年）》，强调二级以上医院细菌真菌诊疗能力提升和抗菌药使用管理的多学科诊疗模式，希望在改变滥用抗生素现状中引入专业、先进的诊疗手段。
王贵强教授告诉动脉网，医院端存在提高病原诊断能力的可观需求，对宏基因组病原诊断等先进技术接纳程度非常高。王教授本人也正在密切关注病原快速诊断、宏基因组病原诊断等多项前沿技术的落地。
细菌培养已经远远满足不了临床需求，亟需新技术在临床转化，包括NGS、三代测序、快速诊断等，我们已经将病原快速诊断和宏基因组病原体检测用于消化系统、中枢神经系统、呼吸道、血流感染中临床亟待解决的难题。王贵强教授表示，推动前沿病原诊断项目在临床上转化落地，是他最近两年来非常重要的工作内容。
商业化瓶颈：更长读长、更低价格
至此，本文已经分析了宏基因组病原的正确打开方式和临床落地中存在的阻碍，我们认为，宏基因组病原体检测在优化检测流程和降低检测成本后，将逐渐走下金字塔尖，成为数十亿人次的病原诊断市场中常规的检测手段。
从本质上讲，宏基因组病原体检测需要高通量、高灵敏度，才能在巨大的背景信号中找到微量的病原序列。
一方面，现有的mNGS病原体检测主要基于短读长的测序平台完成，需要长度长的测序结果，PCR-free文库构建，实时长度长测序，压缩测序时间，贴合危重感染对于检测时效性的高要求，这些都是临床的需求和未来的趋势。不过，三代测序的临床应用在未来2~3年内是很难实现的。
另一方面，尽管从2008年到2014年，人类基因组测序的成本已经从百万级下降到千元级，随着测序通量增加和更多玩家进入，成本还将继续下降。
随着检测流程和检测成本的不断优化，mNGS未来会逐渐取代部分常规检测，通过读取更长读长的基因序列数据，实现耐药、毒力和更精准分型的判断，随着仪器不断小型化，未来将可能作为床旁使用工具。
抗感染药物是全球最大的用药市场之一，覆盖了最多的用药人群和用药频次。但是由于治疗习惯的不同，国内病原微生物检测产品采用率远低于国外，君联资本戚飞博士认为，阳性率更高的宏基因组病原体检测产品的出现，能够为脑炎、脑膜炎、脓毒血症等不明原因的重症感染等场景提供解决方案，提高临床上抗感染药物的用药精准程度。
而对于宏基因组病原体检测行业的成熟期估算，戚飞博士认为至少需要3~5年。尽管宏基因组病原体检测市场需求切实存在，国家对于抗生素滥用的限制性规定也会促进行业发展，但在国内的抗感染、抗菌药物使用环境下，这个方向不会一蹴而就地体现在临床实践中，还需要产品打磨和市场教育，“市场的成熟需要时间和从业者的共同努力。”
“宏基因组病原体检测行业可能不会出现如肿瘤基因检测行业那样一拥而上的局面。”在以往，资本入局可能会在一定程度上“拔苗助长”式催熟产业，但宏基因组病原体检测产品在技术优化和生信服务都需要做到更进一步，切实解决临床未满足需求是企业的核心任务，不太具备被资本快速成熟的特质，需要通过真实的临床案例积累和切实的市场教育来逐渐做大市场蛋糕。
戚飞博士也提到，宏基因组病原体检测已经累计了多家医院和企业数万例临床应用，临床医生也越来越多的认识到这个技术的价值，加上目前初始阶段从业者们在参考数据库构建、市场教育等方向上的持续耕耘，行业成熟更多是时间上的考量。
动脉网将持续关注宏基因组病原体检测行业的发展，如果您是这个行业的从业者，请联系我们。
*图片来源：https://www.123rf.com.cn
文 | 王世薇
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