微生物检测:NGS和质谱为行业变革带来契机

你可能知道，“抗生素滥用”在中国很普遍。改变这个现状就要靠微生物检测。2011年卫生部颁布了史上最苛刻的《抗菌药物临床管理办法》，把微生物检测的地位提到了前所未有的高度。

微生物检测属于IVD的一个细分领域，是对感染性疾病的病原体或代谢物进行检测分析，在临床上通常用于辅助诊断，判断感染类型、指导用药，鉴定环节越准确，诊断结果和治疗方案选择越恰当。如果没有微生物检测，医生倾向于过度用药，或重复试药，可能导至微生物耐药性或病情延误。

我国医疗机构常规临床微生物检测项目有7类，152项，主要包括八大类：真菌、放线菌、螺旋体、细菌、立克次氏体、衣原体、病毒和支原体。其中细菌检测81项，占比为52.5%。

目前，微生物实验室使用的检测产品大部分以传统方法为基础。传统检测方法分为染色法、培养法、非培养法三种。目前常用的方法为生化原理检测，先判断革兰式阴性还是阳性，再根据形态、酶反应、显色等不同方法，将具体微生物种类鉴定出来。

染色法、培养法是基于传统的涂片镜检，在显微镜下观察变化。培养法的技术是微生物培养、鉴定和药敏检测，也是微生物检测技术中最为重要和成熟的部分。而非培养法是基于酶生化反应，利用微生物繁殖过程中产生的特异性酶与一显色底物发生显色反应而实现检测，主要适用于细菌性阴道病检测。

总结下来，传统微生物检测方法有三个方面的问题。一个是样品培养导至检测时间长，传统生物检测时间短到几小时，长到几天都有可能。二是鉴定出来的种类有限，准确度一般。上面已经说过的细菌培养阳性率很低，而且可培养的细菌数量只占病原微生物很小的比例。第三是流程较复杂，离不开人工干预，尤其是样本处理和培养阶段很难用自动化仪器取代。

基于NGS与质谱技术的微生物检测数据分析方法具有无需预先培养样本、灵敏度高、能够检测未知的微生物的特点，为疾病防控和生物食品安全提供了新的解决方案。

二者有几个明显优势：1、速度快，例如质谱的检测时间以分钟计，可实现高通量检测。2、省去样品培养环节，无法培养的微生物也可以检测。目前最多均可检测多达2000余种病原微生物，远高于传统的152种。 3、试剂耗材相对传统使用较少，成本主要是测序仪、质谱仪设备投入。

不管是NGS还是临床质谱检测，临床应用的探索与开发仅有十年左右。NGS龙头Illumina于2010年推出Hiseq2000 奠定其行业领先地位，同年NIPT开始初步应用于临床，至今NIPT仍然是NGS最成熟的商业化应用。而在临床质谱领域，目前全球应用相对成熟的微生物鉴定，从开发至今也不到十年。

目前国内仅梅里埃和BD两家外企，及北京毅新博创的微生物质谱获得CFDA认可。虽然外企大范围市场推广时间较短（约2-3年），市场总装机量不超过400台，但是根据2016年检验医学网的数据，2015年在细菌鉴定和药敏检测中，梅里埃的质谱仪已达到了2%的市占率，增长迅速。总体来看占据主导地位的还是梅里埃和西门子的传统检测系统，目前合并统计后生物梅里埃在细菌鉴定和药敏检测中市占率高达61.1%，西门子紧随其后为26.7%。

质谱技术在临床微生物菌种鉴定领域的应用，除了技术本身，更重要的是依赖于质谱菌种鉴定数据库。因此，数据库中图谱的质量、数量都将直接影响鉴定的成功率与准确率。由于病原微生物分布流行情况不同，实验室在原有数据库基础上可补充建立本地病原微生物的质谱指纹图谱库，提高鉴定成功率。

目前梅里埃和BD的产品均可以鉴定2000多种微生物，安图生物在微生物检测领域积累20多年，已开发出具有自主知识产权的中国本土化微生物菌株数据库，可鉴定超过1500种微生物。

通过NGS或者质谱平台拿到序列后，面临的一个重要问题就是：选择什么数据库进行比对才能得到较好的分类鉴定结果呢？数据库中图谱的质量、数量都将直接影响鉴定的成功率与准确率。如原核的16S rDNA序列，真核的18S rDNA序列、ITS（ribosomalinternal transcribed spacer）序列等。

有两个关于人体微生物组的奠基性研究，一个是人类肠道宏基因组计划 MetaHIT，由欧盟发起，8个国家14个研究机构参与。华大基因承担了其中关键的测序与分析工作，从2008年1月1日到2012年6月30日，构建了第一个肠道微生物基因集，包含330万个基因，是近年来肠道微生物研究的里程碑。另一个是由美国国家卫生院发起的人类微生物组计划。从2008年到2013年，采集了人体各个部位共超过5000份样本进行了测序和深入的分析，绘制了人体相关的微生物图谱，并破解了3000种微生物前基因组，初步建立了人体共生微生物参考数据库。

由于病原微生物分布流行情况不同，这些公开数据库不能完全满足临床检测需求。实验室在原有数据库基础上需补充建立本地病原微生物的质谱指纹图谱库，提高鉴定成功率。

2016年初，之江生物（834839.OC）发布公告称出资 50 亿韩元，约合 2,750 万元人民币，认购韩国 ChunLab公司390,625 股新增股份,增资后之江生物持有后者 12.93%的股权。ChunLab公司拥有一个庞大的、非公开的微生物数据库。我们预测之江生物的这个布局意味着即将会在微生物检测领域有所作为，也为未来业绩增长创造了很好的先发优势。