mnm重組（illumina收購mNGS明星公司了）

2023-06-21 01:09:55 2

來源：小桔燈網

作者：是金克斯不是爆爆

在政策的「錘擺」尚未落地之際，腫瘤NGS市場的熱度話題確實應該降降溫了。今天我們來看看基因測序市場的另一片必爭之地[ mNGS]技術。畢竟，mNGS與腫瘤NGS共同扛起了現階段基因測序市場發展的大旗。

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前情回顧

6月24日，Illumina 收購mNGS明星公司IDbyDNA公司成為國內IVD人打工飯後暢聊的話題，此次的收購雙方將致力於共同營銷 IDbyDNA 的 Explify 平臺，與此同時推進Illumina 的 NGS 儀器和文庫製備試劑盒在mNGS醫療市場中的投放。這場收購的核心亮點是，IDbyDNA為illumina提供了一種呼吸道病原體Panel富集試劑盒，該可識別 280 多種病原體，包括 SARS-CoV-2以及 1200 多種抗菌素耐藥性等位基因。另外，作為收購的一部分，IDbyDNA 聯合創始人兼首席醫療官 Robert Schlaberg 以傑出科學家、傳染病和副總裁的身份加入 Illumina。

Robert Schlaberg, MD, Dr Med, MPH

醫院主任：致力於傳染病疾病

教育

碩士學位—公共衛生，哥倫比亞大學梅爾曼公共衛生學院

醫學學位—維爾茨堡大學

Dr.med—維爾茨堡大學

住院醫師——哥倫比亞大學瓦格洛斯內科和外科醫生學院臨床病理學主任住院醫師

認證機構：美國病理學委員會（臨床病理學、醫學微生物學）

研究方向：宏基因組學 NGS在臨床微生物學中的診斷應用

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病原微生物高通量二代測序技術

近年來，人體微生物組學與健康/疾病的關係已成為生物醫學研究領域的熱點，具有潛在的臨床應用前景。

mNGS

所謂宏基因測序—Metagenomics，是對環境樣品中的微生物群落的基因組進行高通量測序，主要研究微生物種群結構、基因功能活性、微生物之間的相互協作關係以及微生物與環境之間的關係。宏基因組測序研究擺脫了微生物分離純培養的限制，擴展了微生物資源的利用空間，為環境微生物群落的研究提供了有效工具。從技術層面來說，mNGS是一種對臨床樣本中的所有核酸進行測序，然後與各個物種的基因組序列對比，從而尋找可能病原體的方法。mNGS不僅可以大大縮短標本周轉時間，還能及時為臨床提供準確有利的診療依據。

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mNGS在病原體檢測中的應用

檢測新發未知病原體：近年來，不同病毒 的交叉重組、重配所導致的新發傳染病暴發越來越頻繁。傳統ＰＣＲ檢測技術的瓶頸是需要根據已知病原體序列信息預先設計引物，而 ｍＮＧＳ能夠對臨床樣本中的所有核酸序列進行無偏倚測序，能快速鑑定新發病原體（新冠病毒的檢測就是一個非常好的應用案例）。值得一提的是，病原微生物的樣本需要mNGS技術做出超乎尋常的準確性，因為人源宿主信息和微生物宿主信息的佔比大約為1億：1，而mNGS技術針對的是病原的遺傳信息，在面對超級海量的人源宿主核酸幹擾時，猶如大海撈針，實現結果的準確性是mNGS技術發展的重要前提。

檢測罕見病原體：罕見病原體感染是臨床非常棘手的難題，由於常規檢測方法不能覆蓋，往往導致誤診或漏診。

檢測跨物種傳播病原體：隨著全球化進程， 曾經局限於小範圍、特定物種的病原體越來越多地 發生跨地域、跨物種傳播。ｍＮＧＳ 可揭示先前無法 區分的動物來源和人類來源病原體的差異，可追蹤 潛在的人獸共患疾病起源。

檢測混合感染病原體：傳統微生物檢驗具有 偏向性，只能檢出部分病原體，而 ｍＮＧＳ 可無偏向性地同時檢出所有感染的病原體，為患者明確診斷 節省了時間。

檢測培養陰性的細菌／真菌性病原體：針對細菌和真菌感染，公認的「金標準」檢測方法是培養，但由於抗菌藥物的應用、標本運送不及時、培養 基及培養條件選擇不正確等因素可能導致培養陰性。

傳統微生物檢測方法

傳統的微生物鑑定方法分為培養和非培養兩類。臨床公認的「金標準」是分離培養和生化鑑定，這種方法的操作周期長、失敗率高，並且不是每種病原體都可以培養。不依賴培養的方法，比如塗片鏡檢、抗體抗原免疫等，在採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又存在較明顯的劣勢，而且傳統的微生物鑑定方法無法快速識別未知或者罕見的病原微生物。

mNGS不依賴於傳統的微生物培養，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，與已知微生物序列資料庫進行比對分析，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）。

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mNGS納入多部疾病診療專家共識

憑藉著上述優勢，mNGS逐漸地在（某些區域正大範圍）地被一些臨床醫生認可和嘗試使用，相關的臨床指南和專家共識也對mNGS有所提及：

2021年2月，「宏基因組高通量測序技術應用於感染性疾病病原檢測中國專家共識」 在《中華檢驗醫學雜誌》發布。共識由來自全國60餘家單位的專家組成員討論撰寫。北京大學人民醫院王輝教授為通訊作者。該共識主要對該技術的臨床適應證、實驗流程、質量管理、性能驗證和報告解讀等問題給出推薦意見和解決方法，促進該技術規範和發展，為臨床抗感染診治提供幫助。

2020年11月15日，「中國宏基因組學第二代測序技術檢測感染病原體的臨床應用專家共識」 在《中華傳染病雜誌》發布。共識由來自全國18家單位的共22位編寫專家組成員討論撰寫。復旦大學附屬華山醫院張文宏教授為通訊作者。

作為全球首篇針對所有感染性疾病的宏基因組學臨床應用專家共識，在二代測序病原檢測技術越來越普及的當下，該共識的發布對感染病宏基因組學病原診斷的應用具有裡程碑式的重要意義，建立了中國感染病原體宏基因組學檢測的標準規範。也是中國感染病宏基因組學的階段性成果總結。

2019年中華急診醫學雜誌發表了《宏基因組分析和診斷技術在急危重症感染應用的專家共識》，是國內第一篇關於mNGS臨床應用的專家共識。該共識對mNGS在急危重症感染患者的應用、檢測的基本流程、質量控制以及臨床應用和結果解讀原則等做出詳細概述，為宏基因組分析和診斷技術在急危重症感染的應用指明方向。

同一年中，nature雜誌推出了業內頂級專家主筆的關於臨床宏基因組的重量級綜述，介紹了宏基因組測序在臨床應用發展中的重要進展，臨床宏基因組正在逐漸改變醫生診斷和治療感染性疾病的方式。作者預測在未來5年內，評估mNGS臨床效用和成本效益的前瞻性臨床試驗數據將會越來越多，mNGS的總體成本和周期將持續下降，它的應用方向不僅僅是識別病原體，在人體宿主反應和微生物組數據的整合方面也將發揮著重要作用。

《中國利什曼原蟲感染診斷和治療專家共識》提到：有文獻報告用二代測序等方法成功診斷骨髓穿刺與活組織檢查未能發現的病例，將來有可能應用於臨床。

《兒童呼吸道感染微生物檢驗標本採集 轉運與檢測建議（細菌篇）》指出：全基因組測序是對感染性疾病病原體的大規模核酸分析，可提供極為豐富的信息，對於未知病原體的發現具有不可比擬的優勢，是分子生物學診斷的研究熱點。

《兒童呼吸道感染微生物檢驗標本採集 轉運與檢測建議（病毒篇）》提到：二代測序技術不但在高通量方面表現出優勢，而且在發現新病原方面也有突破性進展，但目前二代測序的結果還需要驗證，不能直接用於臨床診斷，要廣泛應用尚待時日。

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mNGS在新型冠狀病毒檢測中的挑戰

儘管mNGS在鑑定新發病原體、鑑定混合感染等方面具有天然優勢，但由於其方法學的特點，作為新型冠狀病毒一線篩查的診斷方法還存在一些不足。

01 檢測周期較長：

現階段mNGS的檢測模式主要由各臨床單位外送至第三方檢測機構，少數醫院通過自建、共建實驗室等方式也實現了院內檢測，但是mNGS方法學流程就決定了其最快檢測周期為24h，平均檢測周期約48h或更長，相較於RT-PCR平均3~5 h的檢測周期，相對來說mNGS在新型冠狀病毒的快速篩查上不具備優勢。

02 流程複雜並缺乏標準化：

與RT-PCR相比，mNGS的實驗過程更加複雜，其核酸提取、文庫構建、上機測序、數據分析和報告解讀這五個步驟所涉及的儀器和試劑眾多，對檢測人員和數據分析人員的資質要求也更高。

另外，現階段國內權威機構尚未頒布mNGS臨床應用指導原則與標準化操作流程，也就是說檢測病原體的時候並沒有一個統一標準的閾值，易導致不同人做出的試驗，其陽性率不同。同時，差異化的質控流程、前處理/核酸提取方式、建庫方式、測序平臺、生信分析流程及解讀規則致使國內現階段企業的mNGS流程多樣化，複雜的檢測流程與前沿的方法也使得大部分臨床單位並不具備開展mNGS檢測的能力。如此看來，mNGS或較難實現基層醫院的院內檢測。

03時間和成本控制下的部分樣本測序深度不足：

從方法學上來說，二代測序可以提供足夠的測序深度，但是mNGS的常規臨床應用還需要考量檢出時間和成本等因素。在有效去除人源宿主的情況下，mNGS可以在24 h內單流程產出5×10^6~24×10^6數據量（1 000萬~2 400萬條測序序列）以滿足疑難、危重、特殊感染患者的病原體鑑定需求。

對於病毒而言，不同區域的特異性檢測序列數隻要達到3條即可實現準確鑑定；對於部分病毒載量高的樣本，甚至可以將測序得到的大量核苷酸片段進行拼接，從而獲得目標病原體的全基因組片段進行進化與突變分析。但是對於部分病原體載量較低的樣本，上述測序深度可能不足以實現病原體的準確鑑定。增加測序深度是提高檢出率與比對準確度的可選方案，但同時也意味著檢測成本的升高和檢測時間的延長。如何平衡測序數據量與檢測成本和檢測時間是部分病原體低載量樣本必須要考量的因素。

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mNGS技術的醫療監管及審評重點

mNGS作為一項優勢明顯的技術，向產業化轉變是必然趨勢，在相關醫療器械監管過程中，尤其是體外診斷試劑審評過程中，以下方面應該重點考慮。

1. 規範臨床適用人群及臨床適應證：根據目前的臨床經驗、研究結果和mNGS技術的優勢，mNGS的臨床適用人群應以急危重症感染患者為主，其主要適應證包括：①病情危重需要儘快明確病原體；②特殊病人，如免疫抑制宿主、合併基礎疾病、反覆住院的重症感染患者，需要儘快明確病原體；③傳統微生物檢測結果反覆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/或伴有其他臨床症狀、病因不明的感染。

2. 應結合患者負擔和收益比，重點對產品的臨床意義進行審評。

3. mNGS可以早期發現病原體，指導抗菌藥物的精準選擇，減少抗菌藥物的使用，降低患者病死率，但尚需要大樣本的研究證實，因此，mNGS在臨床試驗階段應根據其產品設計，選擇預期用途的適用人群進行足夠樣本量的驗證。同時，由於mNGS產品臨床可能的適用人群的特殊性和罕見性，入組足夠數量的人群可能會存在較大困難，這一點可能會是臨床試驗審評中的難點。

4. 對於感染嚴重、生命體徵不穩定的患者，由mNGS獲得致病病原體後，針對病原體進行精準治療，治療後應密切隨訪患者的臨床表現和治療效果，應有隨訪數據。

5. 病原特徵資料庫與算法要有系統研發，對算法的審評應結合資料庫一起作為審評的重點環節，不能簡單認為把公共資料庫中的微生物數據納入越多越好。

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寫在最後

宏基因組二代測序，作為一種新興的輔助診斷技術，克服了多數病原體不能培養以及傳統檢測方法周期長，假陽性假陰性率高，依賴預判等弊端，在感染類臨床應用中發揮著越來越重要的作用，相信在不久的將來，它將逐步解決病原體鑑定中的困難和問題，進一步推動臨床微生物和感染病學的發展，讓更多患者受益。

參考文獻，感謝下述文獻及作者對本文給予的幫助：