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(dǎo)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(dǎo)致微生物耐藥性或病情延誤。

    華大基因的一位從業(yè)人員認為，臨床微生物檢測的市場空間達到400億元。2015年，全球范圍內(nèi)微生物檢測占IVD行業(yè)份額為18%，在眾多細分領(lǐng)域中僅次于POCT，臨床對于微生物檢測的需求日趨增長。

    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。

    對于絕大多數(shù)的微生物檢測有一個繞不開的環(huán)節(jié)，那就是標本處理和培養(yǎng)。需要首先對樣本進行預(yù)處理，根據(jù)涂片染色的結(jié)果選擇合適的培養(yǎng)基分離培養(yǎng)。然后根據(jù)菌落特點，選擇適當?shù)纳磻?yīng)或者自動儀器鑒定。藥敏檢測則采用紙片法或直接上自動化儀器分析。

    只有通過培養(yǎng)得到的各類致病菌，也就是陽性標本，才會做進一步的鑒定和藥敏檢測。在歐美細菌培養(yǎng)的陽性率在35%左右；根據(jù)《中國體外診斷產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍皮書2015年》發(fā)布數(shù)據(jù)，我國陽性率比較低，只有20%-30%。

    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(dǎo)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。

    NGS和質(zhì)譜的臨床應(yīng)用均未被完全開發(fā)，未來仍有較強的平臺延展性。基因檢測通過對疾病的本質(zhì)與起源進行檢測分析，獲得最精確的診斷結(jié)果和最合適的治療方案，臨床上可以用于婦幼、腫瘤、遺傳病等多個領(lǐng)域。而質(zhì)譜可以直接對體內(nèi)各種物質(zhì)及其代謝產(chǎn)物進行定量檢測，全程對疾病的診斷、治療、預(yù)后進行監(jiān)測，目前已經(jīng)應(yīng)用于婦幼、感染、遺傳病等領(lǐng)域?；驕y序需要通過大數(shù)據(jù)分析獲得結(jié)果和疾病的相關(guān)性，而質(zhì)譜需要的則是不斷完善數(shù)據(jù)庫，以提高檢測結(jié)果的準確性。

    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(xué)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(dǎo)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。

    反觀NGS在微生物領(lǐng)域額應(yīng)用，目前全球還沒有相關(guān)領(lǐng)域的注冊試劑獲批。國外是通過LDT的方式開展。國內(nèi)目前處在方法學(xué)的標準品驗證階段。由中檢院負責，華大基因、博奧生物、達瑞生物和賽哲生物四家公司是第一批參與標準品驗證的行業(yè)玩家。其中華大基因用自己的BGISEQ測序平臺，博奧生物、達瑞生物兩家用Thermo Fisher的NGS平臺，賽哲生物用的是Illumina平臺。

    所謂標準品是行業(yè)對NGS方法學(xué)，即測序平臺的驗證。由中檢院“出題”，構(gòu)建一個由1000多種基因組成的樣品“黑箱”，四家受試者在各自的平臺上分析。檢測準確度達到一定標準的，就把這種檢測平臺作為方法學(xué)的標準品，后續(xù)可以在這個平臺上開發(fā)產(chǎn)品。毫無疑問，通過率先通過標準品驗證的公司會在行業(yè)建立先發(fā)優(yōu)勢。

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。

    其實針對每一類生物的主要marker序列都有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫以方便比對鑒定。如 RDP數(shù)據(jù)庫（RibosomalDatabase Project）、SILVA數(shù)據(jù)庫（一個包含細菌、古菌、真核rRNA基因序列的綜合數(shù)據(jù)庫）、Greengenes（針對細菌、古菌16S rRNA基因）數(shù)據(jù)庫、 PR2（ProtistRibosomal Referencedatabase）數(shù)據(jù)庫（針對真核微生物18SrRNA基因）等等。

    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。