微生物檢測：NGS和質(zhì)譜為行業(yè)變革帶來契機！
中國微生物菌種查詢網(wǎng) / 2019-04-01 08:59:52
中國微生物菌種查詢網(wǎng) 你可能知道，“抗生素濫用”在中國很普遍。改變這個現(xiàn)狀就要靠微生物檢測。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》，把微生物檢測的地位提到了前所未有的高度。
微生物檢測主要用于輔助診斷，百億級市場市場空間，潛力很大
你可能知道，“抗生素濫用”在中國很普遍。改變這個現(xiàn)狀就要靠微生物檢測。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》，把微生物檢測的地位提到了前所未有的高度。
微生物檢測屬于IVD的一個細分領(lǐng)域，是對感染性疾病的病原體或代謝物進行檢測分析，在臨床上通常用于輔助診斷，判斷感染類型、指導用藥，鑒定環(huán)節(jié)越準確，診斷結(jié)果和治療方案選擇越恰當。如果沒有微生物檢測，醫(yī)生傾向于過度用藥，或重復(fù)試藥，可能導致微生物耐藥性或病情延誤。
我國醫(yī)療機構(gòu)常規(guī)臨床微生物檢測項目有7類，152項，主要包括八大類：真菌、放線菌、螺旋體、細菌、立克次氏體、衣原體、病毒和支原體。其中細菌檢測81項，占比為52.5%。
傳統(tǒng)微生物檢測方法在檢測時間、可檢測的微生物數(shù)量、靈敏度等方面存在很多不足
目前，微生物實驗室使用的檢測產(chǎn)品大部分以傳統(tǒng)方法為基礎(chǔ)。傳統(tǒng)檢測方法分為染色法、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，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，也是微生物檢測技術(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)而實現(xiàn)檢測，主要適用于細菌性陰道病檢測。
總結(jié)下來，傳統(tǒng)微生物檢測方法有三個方面的問題。一個是樣品培養(yǎng)導致檢測時間長，傳統(tǒng)生物檢測時間短到幾小時，長到幾天都有可能。二是鑒定出來的種類有限，準確度一般。上面已經(jīng)說過的細菌培養(yǎng)陽性率很低，而且可培養(yǎng)的細菌數(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)階段很難用自動化儀器取代。
基于NGS和質(zhì)譜的微生物檢測技術(shù)為行業(yè)變革帶來契機
基于NGS與質(zhì)譜技術(shù)的微生物檢測數(shù)據(jù)分析方法具有無需預(yù)先培養(yǎng)樣本、靈敏度高、能夠檢測未知的微生物的特點，為疾病防控和生物食品安全提供了新的解決方案。
二者有幾個明顯優(yōu)勢：1、速度快，例如質(zhì)譜的檢測時間以分鐘計，可實現(xiàn)高通量檢測。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。目前最多均可檢測多達2000余種病原微生物，遠高于傳統(tǒng)的152種。 3、試劑耗材相對傳統(tǒng)使用較少，成本主要是測序儀、質(zhì)譜儀設(shè)備投入。
不管是NGS還是臨床質(zhì)譜檢測，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)用相對成熟的微生物鑒定，從開發(fā)至今也不到十年。
目前國內(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認可。雖然外企大范圍市場推廣時間較短（約2-3年），市場總裝機量不超過400臺，但是根據(jù)2016年檢驗醫(yī)學網(wǎng)的數(shù)據(jù)，2015年在細菌鑒定和藥敏檢測中，梅里埃的質(zhì)譜儀已達到了2%的市占率，增長迅速?？傮w來看占據(jù)主導地位的還是梅里埃和西門子的傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)，目前合并統(tǒng)計后生物梅里埃在細菌鑒定和藥敏檢測中市占率高達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確率。由于病原微生物分布流行情況不同，實驗室在原有數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上可補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領(lǐng)域積累20多年，已開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國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)譜檢測的核心壁壘
通過NGS或者質(zhì)譜平臺拿到序列后，面臨的一個重要問題就是：選擇什么數(shù)據(jù)庫進行比對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。
有兩個關(guān)于人體微生物組的奠基性研究，一個是人類腸道宏基因組計劃 MetaHIT，由歐盟發(fā)起，8個國家14個研究機構(gòu)參與。華大基因承擔了其中關(guān)鍵的測序與分析工作，從2008年1月1日到2012年6月30日，構(gòu)建了第一個腸道微生物基因集，包含330萬個基因，是近年來腸道微生物研究的里程碑。另一個是由美國國家衛(wèi)生院發(fā)起的人類微生物組計劃。從2008年到2013年，采集了人體各個部位共超過5000份樣本進行了測序和深入的分析，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需求。實驗室在原有數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上需補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，認購韓國 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公司擁有一個龐大的、非公開的微生物數(shù)據(jù)庫。我們預(yù)測之江生物的這個布局意味著即將會在微生物檢測領(lǐng)域有所作為，也為未來業(yè)績增長創(chuàng)造了很好的先發(fā)優(yōu)勢。
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)備可進行對微生物分離、鑒定等常規(guī)的分子實驗研究。對我國生命科學研究、生物技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求進行積極的面對社會乃至國外收集保藏提供微生物菌種資源。在保證生物安全和保護知識產(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、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)。