曾经帮人类战胜“新冠”的检测技术，又将如何帮助人类战胜生命长河中千千万万的病原体？
发布日期：2025-01-25浏览次数：
2020初，新冠病毒席卷全球。较之以往在世界各地爆发的各种疫情，新冠疫情扩散范围大、传播速度快，如果不能尽快找到病原体来指导制定疫情防控及治疗措施，全人类都将面临巨大的生命健康威胁。
于是国内紧急使用宏基因二代测序（metagenomic Next-generation sequencing，mNGS）技术对不明原因肺炎患者的肺泡灌洗液进行了测序，不同于过往5个多月才确定的SARS冠状病毒和1个多月才确定的H7N9禽流感病毒，在mNGS的帮助下，仅用50多个小时就鉴定出了新冠病毒（SARS-CoV-2）。这一发现不仅确认了病原体，还提供了病毒的全基因组序列，为后续的诊断试剂的快速开发、疫苗研制和防控措施奠定了基础。
什么是宏基因二代测序？
1998年Handelsman等人提出宏基因组学的概念，不依赖于培养和提前假设，应用现代基因组学技术，直接从环境样品中提取全部微生物的基因序列，用于发现与鉴别病原微生物。随着测序技术的发展进步，宏基因组测序方法推动临床诊断治疗的方式从传统医学转向基于基因组的诊断。至今已陆续开发出宏基因一代、二代、三代和四代测序。
mNGS属于第二代测序，其是在前者的基础上，使用免疫荧光标记不同颜色在脱氧核糖核苷三磷酸（dNTP）上，对收集到的信号用特定软件进行处理，从而获得需要测定的DNA信息，此信号是由于DNA聚合酶在产生互补链时增加dNTP时产生的，dNTP种类不同其产生的荧光也不会相同。
mNGS检测流程示意图
各代测序技术相比，Sanger等发明的第一代测序的准确性达99.99%但成本高、速度慢且通量低。mNGS有所改善，其准确性高的同时通量也高。后面两代的通量高，但准确性却不高。
一~三代测序技术效能比较
mNGS在感染性疾病中的应用
明确感染病原菌种类一直极具挑战。许多感染性疾病在症状方面的特异性低且轻重差别极大，并有较高的病死率。mNGS是一种可广泛分析临床样本微生物组的测序方法。其能够快速准确地检测出没有预先定义的可疑病原体，在诊断罕见病原菌有显著优势。
mNGS在中枢神经系统感染中的应用
中枢神经系统感染预后不佳，培养、染色、抗原抗体检测及核酸检测等方法耗时且敏感性差。mNGS克服了大多检测方法的局限性，多通过无菌液中的脑脊液标本进行检测，在除外标本污染的情况下，被检出者则为致病菌。
在中枢神经系统感染中，真菌感染死亡率可达90%，就算存活也有严重的神经后遗症，仅16%的患者能找到病原菌。在一篇临床案例中，报道1例人类HIV阴性的29岁男性该患者呼吸困难>5个月，2年前因持续低热被诊断为肺结核，通过mNGS诊断脑炎。
病毒也是中枢神经系统感染的主要致病菌。在一项临床报告中，运用脑脊液mNGS及脑脊液培养对3例患者进行检测，mNGS结果显示在所有标本中3例均有单核细胞增生性李斯特菌被检出，但培养却无一例阳性，这也是第一次运用NGS确诊该病原菌感染。此外，mNGS在确诊颅内寄生虫感染方面亦有报道。
mNGS在呼吸系统感染中的应用
呼吸系统感染发生率和致死率高，病原菌复杂，明确病原菌一直是临床诊治的难题，常规方法如培养、涂片、抗原抗体检测等易致假阴性而延误治疗。mNCS已运用于鉴定致呼吸系统感染的多种病原菌检测。
一项研究对329例成人严重社区获得性肺炎的病原菌种类进行探索，结果显示总微生物产量为90.3%。其他方法为39.5%，有统计学差异。并分析相关数据，提出肺炎链球菌、鼻病毒、流感嗜血杆菌、金黄色葡萄球菌及鹦鹉热衣原体易致免疫正常者患病。肺炎支原体和肺炎克雷伯菌致半数以上免疫功能低下者患病，其他致病菌还包括肺炎链球菌、流感嗜血杆菌、铜绿假单胞菌，为临床经验性诊治提供参考。
mNGS 在血流感染中的应用
血流感染病原菌多为细菌、真菌和病毒，轻者致脓毒症、败血症和菌血症，重者致休克、弥散性血管内凝血、多器官功能障碍综合征甚至死亡。相关荟萃分析提出此病总病死率为28.7%。有研究对临床怀疑血流感染的25例患儿进行两种检测方法，结果显示培养阳性率为4%，mNGS为52%，且后者需时短，差异有统计学意义。这52%的患者中的12%患儿的临床表现及相关检查不符，未予以采纳。明确了其在血流感染中的价值，同时也警示诊断需结合临床表现及其他相关检查。此外也有研究表明究表明mNGS不仅能用于检出病原体也可用动态观察病原体数量进一步确定疗程。
mNGS 在骨关节感染病原菌检测中的应用
骨关节感染主要是指骨关节部位受到病毒、细菌等入侵后，引发关节内部的炎症反应，如不及时治疗可能会影响功能甚至残疾，及时明确病原菌及使用敏感抗生素可明显改善愈后。
有研究对37例临床确诊为骨关节感染的患者行mNGS，共检出42例次，细菌占39例次（92.8%），真菌占2例次（4.8%），柯克斯体占1例次（2.4%）。表明mNGS与培养的检出率分别为37（100%）和25（67.6%），并提出mNGS与常规培养敏感度一致，但都低于MTB-DNA扩增检测。该研究结果表明NGS与培养在骨关节结核的诊断效能虽一致，但前者的病原体检出率明显高于培养，表明其在检测骨关节感染病原菌中的价值。
对于移植术后免疫功能低下的患者发生感染的微生物类型多且症状不典型，mNGS也可此类患者明确病原菌种类提供参考。
除了中枢神经系统、呼吸系统、血液、骨关节外mNGS 还运用于诊断其他部位的感染，并在多个病例报告中都报道了其检测的快速性与敏感度。
结语：
mNGS技术因其检测效率高、检测周期短、受抗生素应用的影响小及检测致病菌广泛等优点，已从实验室检测逐步应用于临床检测，指导临床用药，但仍存在一定局限性，不能作为感染性疾病确诊的单一指标。因此，建议将mNGS技术作为传统病原学检测技术的补充，并深人探讨其临床应用价值，实现感染性疾病的精准诊断和治疗。
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