2019年12月26日，某病理研究所研發工作人員在瀏覽mNGS病原微生物自動解讀結果時，發現有一個樣本報出了敏感病原體——有幾十條的序列，與SARS有一定相似度的。
該研發工作人員心頭一緊，趕緊後臺查看詳細的分析數據，發現與SARS的相似度並不算很高，只有大約94.5%（這跟卡相似度的閾值有關，相當於只篩選下了相似度比較高的序列）。想到有幾種可能：1、SARS不同毒株基因組有一定差異；2、RNA病毒容易突變，距離SRAS事件17年了，變異比較大；3、近緣物種的錯誤比對等等。
為了確認結果的可靠性，開始了詳細分析。基於宏基因測序做出的分析系統，12月27日，很快就給出了更清晰的結果: 這個病原體跟Bat SARS like coronavirus最相似，整體相似度在87%左右，而跟SARS的相似度是約81%。比對上的序列數由幾十條上升到了500多條，此外也組裝出了5條contig，加起來有1200多bp，此時基本上可以確認是一種冠狀病毒。
接下來是對病毒的基因進行組裝分析，組裝出了接近完整的基因組序列。這次的序列數由之前的500多條升到了47萬多條！重新構建了進化樹，選擇了NCBI所有冠狀病毒的參考株（以登錄號以NC開頭，官方認為最可信的），外加幾株前一天分析最近源的株。發現進化樹結果跟前一天的基本一致。
最後，經過與WHO官網推薦的SARS 7條PCR驗證靶標序列比對，發現平均相似度只有90%左右，關鍵是引物序列也有幾個變異，推測SARS的檢測試劑盒無法檢測這個未知病原體（後面的很多地方的實驗驗證也是如此）。
分析至此，研究人員已經基本可以確認這個患者的樣本裡面確實有一個病毒，這個病毒與所有已知基因組信息的病毒都不太像，可能是一種跟Bat SARS like coronavirus類似的新型病毒。——這個病毒，後來被確認為新冠病毒。
該研究人員應用的mNGS技術，叫宏基因組測序技術。圍繞這種技術的一系列研究方法，被稱為：宏基因組學（Metagenomics）
宏基因組學與宏基因組測序
最近三十年，組學研究一直是熱點，最早是基因組學，然後是蛋白質組學，如今新興組學領域則是被認為最有前景的宏基因組學（Metagenomics）。
宏基因組學（Metagenomics）又叫微生物環境基因組學、元基因組學，通過直接從環境樣品中提取全部微生物的DNA或RNA，構建宏基因組文庫，利用基因組學的研究策略研究環境樣品所包含的全部微生物的遺傳組成、群落功能，並可開發新的生理活性物質（或獲得新基因）。
2014年新英格蘭醫學雜誌報導了一個通過宏基因組輔助檢測治癒了一位原因不明、反覆發熱、具有癲癇及腦積水症狀的14歲男孩的案例，這是歷史上首個宏基因組臨床應用成功的案例。
文章報導這個常規治療及病原篩查都沒有確診原因，隨後對腦脊液樣本mNGS篩查，結合生物信息學分析結果發現一種可疑的致病菌leptospira infection，隨後針對性地使用萬古黴素和頭孢吡肟治療後出院。該團隊確認這是一種尚未報導過的病原微生物。由此，臨床宏基因組正式應用於微生物診斷拉開了帷幕。
隨著基因測序技術的迅猛發展，基於二代測序的宏基因組學（宏基因組測序）成為了臨床的焦點。
宏基因組測序（mNGS）是綜合分析來自患者樣本的微生物和宿主的基因物質（DNA和RNA）的方法，應用於多種感染性疾病的診斷、疾病和健康狀態下微生物學分析、人類宿主反應對感染傳播的特徵化、識別腫瘤相關病毒。
宏基因組測序（mNGS）描述了樣本中存在的所有DNA或RNA信息，從而能夠分析整個微生物組以及患者樣本中的人類宿主基因組或轉錄組，讓致病微生物無所遁形。
宏基因組學的優勢
一、新型冠狀病毒從發病到診斷只短短幾天時間
最新的新型冠狀病毒是如何被發現的？宏基因組測序（mNGS）首當其功！當年SARS，懷疑過支原體、細菌、病毒等感染，最後折騰了很久下才發現是冠狀病毒感染。如今mNGS問世，改變了病原微生物學的診斷新格局。這次從發病到診斷，只有短短幾天時間。
二、為臨床感染性疾病診治提供有力手段
現實中臨床醫生經常在會面對新發病原體時，因缺乏技術手段、沒有假設，對新發病原體想不到、疑難感染病原體因假設困難沒想到，或者由於檢測技術受限想到沒檢測到的困境，現有的臨床輔助診斷方式與臨床的迫切需求之間還存在著巨大的鴻溝。
而mNGS (宏基因組學二代測序技術) 在「理論上」能夠回答臨床醫生的上述疑問，現階段已解決臨床感染性疾病診治的部分困難。
有專家指出，mNGS還可以直接從血液樣本中鑑定不能培養的、苛養的以及非細菌 (病毒和真菌) 病原體。除此之外，mNGS可以用於傳染病預防，具有直接從臨床樣本中獲的病原體傳播線索的潛力。
2014年，Hasman等指出，mNGS可用於尿液樣本中病原體以及耐藥基因的檢測，而且不僅耐藥基因的檢測結果與藥敏實驗一致，也與基於純培養物的全基因組測序 (WGS) 的進化分析結果相匹配。
越來越多的案例以及臨床研究指出mNGS用於臨床診斷的可行性以及諸多優勢，使得mNGS成為理想病原體診斷方法的「熱門候選人」。
宏基因組學的前景
目前美國感染類疾病的診斷市場總規模為180億美金，預計在2022年基於mNGS的感染類疾病診斷市場將達到50億美元。
根據IMS公司的數據，每年中國使用抗生素的住院患者達到1.16億人，其中尚不包括接受抗真菌和抗病毒治療的患者。在我國感染性疾病的發病率為120-250人/10萬人，死亡人數為3.38人/10萬人,佔總死亡率的1.2%，農村的發病率高於城市。
微生物送檢量約5000萬份，其中血培養約4000萬例/年，肺泡灌洗液BALF約100萬例/年，腦脊液及其他體液約50萬例/年。另外，隨著腫瘤患者生存期顯著增長，超過30%腫瘤患者死於複雜感染。基於以上數據，當檢測價格降至2000-2500元區間，目標市場檢測量保守估計為500萬份/年，約為100億人民幣。
儘管在通往光明的路上，為臨床提供一站式解決方案仍然艱辛，但是mNGS必將成為臨床診斷的有力工具。
mNGS將在診斷、監測和跟蹤新的疾病爆發方面發揮關鍵作用，從而挽救生命並降低醫療成本。
本文來源：網易號外 作者：王宏貴 責任編輯： 鍾齊鳴_NF5619