微生物檢測(cè)：NGS和質(zhì)譜為行業(yè)變革帶來契機(jī)！
中國(guó)微生物菌種查詢網(wǎng) / 2019-04-01 08:59:52
中國(guó)微生物菌種查詢網(wǎng) 你可能知道，“抗生素濫用”在中國(guó)很普遍。改變這個(gè)現(xiàn)狀就要靠微生物檢測(cè)。2011年衛(wèi)生部頒布了史上最苛刻的《抗菌藥物臨床管理辦法》，把微生物檢測(cè)的地位提到了前所未有的高度。
微生物檢測(cè)主要用于輔助診斷，百億級(jí)市場(chǎng)市場(chǎng)空間，潛力很大
你可能知道，“抗生素濫用”在中國(guó)很普遍。改變這個(gè)現(xiàn)狀就要靠微生物檢測(cè)。2011年衛(wèi)生部頒布了史上最苛刻的《抗菌藥物臨床管理辦法》，把微生物檢測(cè)的地位提到了前所未有的高度。
微生物檢測(cè)屬于IVD的一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，是對(duì)感染性疾病的病原體或代謝物進(jìn)行檢測(cè)分析，在臨床上通常用于輔助診斷，判斷感染類型、指導(dǎo)用藥，鑒定環(huán)節(jié)越準(zhǔn)確，診斷結(jié)果和治療方案選擇越恰當(dāng)。如果沒有微生物檢測(cè)，醫(yī)生傾向于過度用藥，或重復(fù)試藥，可能導(dǎo)致微生物耐藥性或病情延誤。
我國(guó)醫(yī)療機(jī)構(gòu)常規(guī)臨床微生物檢測(cè)項(xiàng)目有7類，152項(xiàng)，主要包括八大類：真菌、放線菌、螺旋體、細(xì)菌、立克次氏體、衣原體、病毒和支原體。其中細(xì)菌檢測(cè)81項(xiàng)，占比為52.5%。
傳統(tǒng)微生物檢測(cè)方法在檢測(cè)時(shí)間、可檢測(cè)的微生物數(shù)量、靈敏度等方面存在很多不足
目前，微生物實(shí)驗(yàn)室使用的檢測(cè)產(chǎn)品大部分以傳統(tǒng)方法為基礎(chǔ)。傳統(tǒng)檢測(cè)方法分為染色法、培養(yǎng)法、非培養(yǎng)法三種。目前常用的方法為生化原理檢測(cè)，先判斷革蘭式陰性還是陽性，再根據(jù)形態(tài)、酶反應(yīng)、顯色等不同方法，將具體微生物種類鑒定出來。
染色法、培養(yǎng)法是基于傳統(tǒng)的涂片鏡檢，在顯微鏡下觀察變化。培養(yǎng)法的技術(shù)是微生物培養(yǎng)、鑒定和藥敏檢測(cè)，也是微生物檢測(cè)技術(shù)中最為重要和成熟的部分。而非培養(yǎng)法是基于酶生化反應(yīng)，利用微生物繁殖過程中產(chǎn)生的特異性酶與一顯色底物發(fā)生顯色反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，主要適用于細(xì)菌性陰道病檢測(cè)。
總結(jié)下來，傳統(tǒng)微生物檢測(cè)方法有三個(gè)方面的問題。一個(gè)是樣品培養(yǎng)導(dǎo)致檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，傳統(tǒng)生物檢測(cè)時(shí)間短到幾小時(shí)，長(zhǎng)到幾天都有可能。二是鑒定出來的種類有限，準(zhǔn)確度一般。上面已經(jīng)說過的細(xì)菌培養(yǎng)陽性率很低，而且可培養(yǎng)的細(xì)菌數(shù)量只占病原微生物很小的比例。第三是流程較復(fù)雜，離不開人工干預(yù)，尤其是樣本處理和培養(yǎng)階段很難用自動(dòng)化儀器取代。
基于NGS和質(zhì)譜的微生物檢測(cè)技術(shù)為行業(yè)變革帶來契機(jī)
基于NGS與質(zhì)譜技術(shù)的微生物檢測(cè)數(shù)據(jù)分析方法具有無需預(yù)先培養(yǎng)樣本、靈敏度高、能夠檢測(cè)未知的微生物的特點(diǎn)，為疾病防控和生物食品安全提供了新的解決方案。
二者有幾個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)：1、速度快，例如質(zhì)譜的檢測(cè)時(shí)間以分鐘計(jì)，可實(shí)現(xiàn)高通量檢測(cè)。2、省去樣品培養(yǎng)環(huán)節(jié)，無法培養(yǎng)的微生物也可以檢測(cè)。目前最多均可檢測(cè)多達(dá)2000余種病原微生物，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的152種。 3、試劑耗材相對(duì)傳統(tǒng)使用較少，成本主要是測(cè)序儀、質(zhì)譜儀設(shè)備投入。
不管是NGS還是臨床質(zhì)譜檢測(cè)，臨床應(yīng)用的探索與開發(fā)僅有十年左右。NGS龍頭Illumina于2010年推出Hiseq2000 奠定其行業(yè)領(lǐng)先地位，同年NIPT開始初步應(yīng)用于臨床，至今NIPT仍然是NGS最成熟的商業(yè)化應(yīng)用。而在臨床質(zhì)譜領(lǐng)域，目前全球應(yīng)用相對(duì)成熟的微生物鑒定，從開發(fā)至今也不到十年。
目前國(guó)內(nèi)僅梅里埃和BD兩家外企，及北京毅新博創(chuàng)的微生物質(zhì)譜獲得CFDA認(rèn)可。雖然外企大范圍市場(chǎng)推廣時(shí)間較短（約2-3年），市場(chǎng)總裝機(jī)量不超過400臺(tái)，但是根據(jù)2016年檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，2015年在細(xì)菌鑒定和藥敏檢測(cè)中，梅里埃的質(zhì)譜儀已達(dá)到了2%的市占率，增長(zhǎng)迅速?？傮w來看占據(jù)主導(dǎo)地位的還是梅里埃和西門子的傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)，目前合并統(tǒng)計(jì)后生物梅里埃在細(xì)菌鑒定和藥敏檢測(cè)中市占率高達(dá)61.1%，西門子緊隨其后為26.7%。
質(zhì)譜技術(shù)在臨床微生物菌種鑒定領(lǐng)域的應(yīng)用，除了技術(shù)本身，更重要的是依賴于質(zhì)譜菌種鑒定數(shù)據(jù)庫。因此，數(shù)據(jù)庫中圖譜的質(zhì)量、數(shù)量都將直接影響鑒定的成功率與準(zhǔn)確率。由于病原微生物分布流行情況不同，實(shí)驗(yàn)室在原有數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上可補(bǔ)充建立本地病原微生物的質(zhì)譜指紋圖譜庫，提高鑒定成功率。
目前梅里埃和BD的產(chǎn)品均可以鑒定2000多種微生物，安圖生物在微生物檢測(cè)領(lǐng)域積累20多年，已開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)本土化微生物菌株數(shù)據(jù)庫，可鑒定超過1500種微生物。
數(shù)據(jù)庫是微生物NGS、質(zhì)譜檢測(cè)的核心壁壘
通過NGS或者質(zhì)譜平臺(tái)拿到序列后，面臨的一個(gè)重要問題就是：選擇什么數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)才能得到較好的分類鑒定結(jié)果呢？數(shù)據(jù)庫中圖譜的質(zhì)量、數(shù)量都將直接影響鑒定的成功率與準(zhǔn)確率。如原核的16S rDNA序列，真核的18S rDNA序列、ITS（ribosomalinternal transcribed spacer）序列等。
有兩個(gè)關(guān)于人體微生物組的奠基性研究，一個(gè)是人類腸道宏基因組計(jì)劃 MetaHIT，由歐盟發(fā)起，8個(gè)國(guó)家14個(gè)研究機(jī)構(gòu)參與。華大基因承擔(dān)了其中關(guān)鍵的測(cè)序與分析工作，從2008年1月1日到2012年6月30日，構(gòu)建了第一個(gè)腸道微生物基因集，包含330萬個(gè)基因，是近年來腸道微生物研究的里程碑。另一個(gè)是由美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生院發(fā)起的人類微生物組計(jì)劃。從2008年到2013年，采集了人體各個(gè)部位共超過5000份樣本進(jìn)行了測(cè)序和深入的分析，繪制了人體相關(guān)的微生物圖譜，并破解了3000種微生物前基因組，初步建立了人體共生微生物參考數(shù)據(jù)庫。
由于病原微生物分布流行情況不同，這些公開數(shù)據(jù)庫不能完全滿足臨床檢測(cè)需求。實(shí)驗(yàn)室在原有數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上需補(bǔ)充建立本地病原微生物的質(zhì)譜指紋圖譜庫，提高鑒定成功率。
2016年初，之江生物（834839.OC）發(fā)布公告稱出資 50 億韓元，約合 2,750 萬元人民幣，認(rèn)購韓國(guó) ChunLab公司390,625 股新增股份,增資后之江生物持有后者 12.93%的股權(quán)。ChunLab公司擁有一個(gè)龐大的、非公開的微生物數(shù)據(jù)庫。我們預(yù)測(cè)之江生物的這個(gè)布局意味著即將會(huì)在微生物檢測(cè)領(lǐng)域有所作為，也為未來業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)創(chuàng)造了很好的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。
北京百歐博偉生物技術(shù)有限公司擁有Biolog微生物鑒定系統(tǒng)，超低溫冰箱，生物安全柜等儀器設(shè)備可進(jìn)行對(duì)微生物分離、鑒定等常規(guī)的分子實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)我國(guó)生命科學(xué)研究、生物技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求進(jìn)行積極的面對(duì)社會(huì)乃至國(guó)外收集保藏提供微生物菌種資源。在保證生物安全和保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的前提下，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、衛(wèi)生健康、環(huán)境保護(hù)、科研教育提供微生物物種資源、基因資源、信息資源和專業(yè)技術(shù)服務(wù)。