加州大学旧金山分校(UCSF)的研究人员成功开发了一种基因组测试，可以快速识别几乎任何类型的病原体，无论是病毒、细菌、真菌还是寄生虫，这项技术经过十年的应用得以实现。
该测试具有显著提升神经感染治疗能力的潜力，能对导致脑膜炎和脑炎等疾病的原因为之提供帮助，并同时加速识别新出现的病毒性疫情威胁。它利用了一种被称为宏基因组下一代测序(mNGS)的先进基因组测序方法。
与传统方法一次专注于一个病原体不同，mNGS检查特定样本中的所有核酸，包括RNA和DNA。
“我们的方法看似简单，”UCSF实验医学与传染病教授以及该研究的主要作者查尔斯·秋医师（Charles Chiu, MD, PhD）表示。“通过将几项测试合并为一项，我们可以消除诊断和治疗感染过程中的长时间不确定性。”
研究人员最初创建了一种临床mNGS测试，用于评估脑脊液（CSF），这是包围大脑和脊髓的清澈液体。
自那以后，该测试已在UCSF和全国各地的医院对数千名具有不明神经问题的患者进行了应用。
在11月12日发表在《自然医学》期刊上的一项研究中，显示mNGS测试准确识别了86%的神经感染。
在同一时间发表在《自然通讯》期刊上的一项相关研究中，研究团队利用mNGS检测与肺炎相关的呼吸道液体中的病原体，并自动化了该过程以获得更快的结果。
研究人员预期该测试的自动化版本将能够识别可能导致类似于COVID-19的呼吸道大流行的新病毒病原体。
在诊断罕见感染性神经疾病方面的重要进展
神经疾病通常会带来显著的诊断挑战，特别是当其是由罕见或未知病原体引起时。通常，没有诊断的每一天都会导致患者的健康进一步恶化。
在2010年代初期，秋及其UCSF同事乔·德里西（Joe DeRisi, PhD）和迈克尔·威尔逊（Michael Wilson, MD）开创了一种宏基因组测序技术，用于检查CSF中可能导致神经感染的病原体。
这一创新涉及对CSF中发现的全部遗传物质进行测序，并采用计算分析来区分人类序列与来源于细菌、病毒、真菌或寄生虫的序列。
在2014年，这项技术帮助威斯康星州的医生治疗一名在重症监护室中因未知感染而危重的年轻男孩。
尽管经过了一系列长时间的测试未能提供答案，但UCSF的测试在48小时内成功找出了男孩感染了钩端螺旋体病，这种情况可以用青霉素治疗。经过治疗后，他完全恢复了健康。
在这一成功之后，mNGS测试成为UCSF的一项标准程序，全国各地的医院和诊所将样本送往UCSF临床微生物实验室进行分析，该实验室由秋负责。
在2016年至2023年之间，UCSF团队通过这一测试方法评估了近5000份CSF样本，在14.4%的案例中检测到感染，并在86%的情况下准确识别了病原体。
“我们的mNGS测试在神经感染的所有测试类别中表现优于其他，”秋表示。“研究结果强化了其在处理传染病的医学工具箱中的必要性。”
为了扩大对这一技术的获取，秋、德里西、威尔逊和其他人建立了Delve Bio，目前是唯一提供UCSF设计的mNGS CSF测试的供应商。
“这些结果支持将mNGS作为临床评估中枢神经系统感染的基本工具，”Delve Bio的首席医学官史蒂夫·米勒（Steve Miller, MD, PhD）表示。“mNGS提供了最无偏见、最全面和最明确的病原体检测方法。其快速诊断能力为脑膜炎和脑炎患者的管理和治疗提供了指导，可能降低未来的医疗费用。”
为下一次流行病做准备
为了使mNGS作为潜在流行病的及时预警，它必须高效。秋及其研究团队对其进行了修改以分析呼吸道液体，并开发了自动化流程。
尽管CSF测试包括超过100个步骤且处理时间可需2到7天，但呼吸道测试只需30分钟的手动干预后便由机器人和算法接管。
“我们的目标是在12到24小时内完成整个过程，当天或翌日提供结果，”秋表示。
在《自然通讯》研究中，研究人员展示了该测试可以在不足一天内检测出具有大流行潜力的呼吸道病毒，例如SARS-CoV-2、流感A和B以及呼吸道合胞病毒（RSV），即使在样本中病毒浓度较低的情况下。
他们还评估了该技术识别不同病毒或新变种的能力，认为理论上它能够识别未来可能出现的任何新变体。
CSF和呼吸道版本的mNGS测试均已获得美国食品与药物管理局（FDA）的突破性设备认证。
作者：《自然医学》论文的其他UCSF作者包括帕特里克·贝努瓦（Patrick Benoit, MD）、诺亚·布雷泽（Noah Brazer）、米卡埃尔·德·洛伦齐-托戈农（Mikael de Lorenzi-Tognon, MD, PhD）、艾米莉·凯利（Emily Kelly, MD, MS）、文尼斯·塞维利塔（Venice Servellita, MS）、米里亚姆·奥塞盖拉（Miriam Oseguera）、詹妮·阮（Jenny Nguyen, MD, MA）、杰克·唐（Jack Tang, MHS）、查尔斯·小村（Charles Omura）、杰西卡·斯特里索斯（Jessica Streithorst, PhD）、梅丽莎·希尔伯格（Melissa Hillberg）、丹妮尔·英格布里戈森（Danielle Ingebrigtsen, MHS）、凯尔西·佐恩（Kelsey Zorn, MHS）和迈克尔·R·威尔逊（Michael R. Wilson, MD）。作者详见论文。
对于《自然通讯》论文，其他贡献的UCSF作者包括杰西卡·卡里尔·谭（Jessica Karielle Tan, PhD）、文尼斯·塞维利塔（Venice Servellita, MS）、道格·斯特赖克（Doug Stryke）、艾米莉·凯利（Emily Kelly, MD, MS）、杰西卡·斯特里索斯（Jessica Streithorst, PhD）、南美·洲本（Nanami Sumimoto）、阿比欧敦·福尔赛斯（Abiodun Foresythe）、许贺在（Hee Jae Huh）、詹妮·阮（Jenny Nguyen, MD, MA）、米里亚姆·奥塞盖拉（Miriam Oseguera）、诺亚·布雷泽（Noah Brazer）、杰克·唐（Jack Tang, MHS）、丹妮尔·英格布里戈森（Danielle Ingebrigtsen, MHS）、贝基·冯（Becky Fung）、海伦·雷耶斯（Helen Reyes）、梅丽莎·希尔伯格（Melissa Hillberg）、彼得·M·莫拉尼（Peter M. Mourani）、查尔斯·R·兰吉里（Charles R. Langelier, MD, PhD）、米卡埃尔·德·洛伦齐-托戈农（Mikael de Lorenzi-Tognon, MD, PhD）和帕特里克·贝努瓦（Patrick Benoit, MD）。作者详见论文。
资金支持：《自然医学》论文的支持部分由BARDA EZ-BAA奖75A50122C00022、美国CDC拨款75D30122C15360和75D30121C12641以及陈·扎克伯格生物中心资助。
《自然通讯》论文的资金支持也部分来自BARDA EZ-BAA 494奖励75A50122C00022、美国CDC拨款75D30122C15360和75D30121C12641、雅培实验室以及陈·扎克伯格生物中心。
披露：秋是Delve Bio的创始人，并参与其科学顾问委员会，同时担任Flightpath Biosciences、Biomeme、Mammoth Biosciences、BiomeSense和Poppy Health的顾问。他还持有一项关于“使用下一代测序进行病原体检测”的美国专利（509 11380421）。威尔逊是Delve Bio的联合创始人，并在其科学顾问委员会和董事会中任职。
