就连食脑变形虫也逃不过这种尖端DNA技术的法眼——《华尔街日报》

插图：乔恩·克劳斯2021年，当一名癫痫发作的中年男子被送入加州大学旧金山分校医学中心时，试图寻找病因的医生们很快陷入了困境。

病理学家们花费两周时间通过显微镜观察和培养皿监测后，医生们意识到某种严重物质正在侵蚀患者大脑；但他们既无法确定具体病因，也不知如何治疗。

医疗团队转而采用一种新兴的"无偏诊断"策略。最终确诊的疾病极为罕见且致命，鲜有医生见过：食脑阿米巴病。患者大脑被一种名为狒狒巴拉姆希阿米巴的单细胞生物入侵，这是已知能感染人类大脑的至少三种阿米巴之一。

这种无偏诊断方法称为宏基因组新一代测序技术，它能分析患者组织样本中的所有遗传物质，从而通过单次检测筛查多种致病微生物。

“这与所有其他临床诊断技术截然不同，“加州大学旧金山分校分子生物学家、宏基因组测序先驱约瑟夫·德瑞西表示。

德瑞西博士是迈克尔·刘易斯关于新冠的著作《预感》中的核心人物。他与加州大学旧金山分校的同事曾运用宏基因组测序的前身技术，在2003年首次SARS疫情期间早期识别出冠状病毒病原体。近年来，宏基因组学在加州大学旧金山分校等机构追踪新冠病原体工作中发挥了关键作用。

传统的感染病因查找方法包括在显微镜下检查患者组织或在培养皿中培养样本，观察是否有细菌或其他微生物生长。但医生必须针对特定病原体进行针对性检测才能发现。这类检测通常是在医生综合病例细节、对感染原因形成初步推测后才会开具——这是一种带有主观倾向性的诊断方式。

DeRisi博士和宏基因组测序技术的其他支持者表示，这项技术将彻底改变医生应对医学最严峻挑战之一的方式——那些往往致命且治疗成本极高的重大感染诊断，除非能快速识别病原体。DeRisi预见宏基因组检测技术最终将广泛应用于传染病诊疗领域。

传染病专家Natasha Spottiswoode医生（左）负责治疗一名感染食脑阿米巴的患者，该诊断由加州大学旧金山分校医学中心通过分子生物学家Joseph DeRisi（右）倡导的尖端技术确认。图片来源：Barbara Ries/UCSF加州拉霍亚斯克里普斯转化研究所所长Eric Topol表示：“宏基因组学是医学诊断的未来。它本应是现在时”，但具备实施条件的医院目前仍不多见。

宏基因组学检测会解析患者样本中所有DNA和RNA的四种碱基排列顺序，并将结果与美国国立卫生研究院GenBank等数据库中存储的人类及非人类基因组序列进行比对。

德瑞西博士表示，一个典型样本可能产生1亿条基因片段，其中约99%属于人类。通过计算手段去除这些序列后，剩下的100万条片段将与GenBank数据库进行比对以寻找匹配项。

“数百种病原体都可能引发脑部感染，“同时担任旧金山陈·扎克伯格生物中心主席的德瑞西博士指出。传统检测通常每次只能筛查一种病原体，而宏基因组学检测"无需区分细菌、真菌、寄生虫还是病毒——它们都含有RNA或DNA”。

加州大学旧金山分校传染病专家娜塔莎·斯波蒂斯伍德博士（曾负责治疗巴拉姆希阿米巴患者）将带有偏见的诊断比作"钓鱼"纸牌游戏：持绿色鱼牌的玩家会问"你有绿鱼吗？“若对方没有，下一轮可能改问"有红鱼吗？”

“真正客观的提问应该是’你有任何鱼吗？’“斯波蒂斯伍德博士强调，“然后再确认颜色。”

2014年，德瑞西博士参与的UCSF团队报告了首例通过宏基因组测序成功救治的病例——一名14岁男孩罹患可治疗但可能致命的钩端螺旋体细菌性脑感染，该病症在检测前被误诊数月。

该案例促使德瑞西团队将宏基因组检测确立为脑感染诊断的临床工具，并推动UCSF向其他医院推广。德瑞西博士表示：“半导体技术的进步使这项服务成为可能。若倒退10到12年我们根本无法实现，没有计算机存储、内存和速度的提升，我们就会束手无策。”

目前，UCSF的服务主要针对脑部感染，但该机构及其他地方的研究人员表示，败血症和肺炎等呼吸道感染——这两种医院患者的主要死因——也是宏基因组检测的其他主要候选对象。两者都有多种潜在病因，通常只有在确定正确病因后才能有效治疗，而传统的实验室培养过程可能需要数天时间。在此期间，医生通常会尝试使用一系列昂贵的抗生素来对抗病菌，以碰运气的方式挽救垂死的病人。

“你希望的是立即知道病菌，这样你就不会使用不必要的抗生素，”托波尔博士说。

宏基因组学有其局限性。该测试可能会检测到休眠或在临床上无关紧要的微生物，使得结果难以解释。它可能会漏掉通过传统方法检测到的病原体。UCSF的脑部感染测试费用约为2000美元，远低于ICU一天的费用，但对于常规使用来说仍然是一个潜在的障碍。保险报销情况参差不齐。德瑞西博士表示，周转时间可能长达六到七天。

与此同时，UCSF的检测服务已满负荷运转，每周常规分析多达50份脑脊液样本，德瑞西博士说。他表示，成本和周转时间都有望下降：“我们需要在24小时或更短时间内得到可操作的结果。”他说，目前在紧急情况下这是可能的，但要常规化还需要进一步的技术进步。

在巴拉穆西亚患者的案例中，宏基因组学在脑脊液中未发现阿米巴原虫的证据。最初的诊断是通过另一种类型的测试得出的，当时一位眼尖的病理学家在显微镜下重新观察组织时，发现了他认为类似阿米巴原虫的东西。

根据一项研究方案，包括德瑞西博士在内的加州大学旧金山分校科学家决定对脑活检组织进行宏基因组学检测——这种检测方法尚未被临床诊断验证。检测结果确认了阿米巴原虫的存在，证实了巴拉姆希阿米巴是致病元凶。

治疗带来了新挑战。美国疾病控制与预防中心数据显示，巴拉姆希阿米巴感染死亡率超过90%，该机构基于已知病例推荐六种药物联合疗法。斯波蒂斯伍德博士的患者初期好转后出现严重副作用，部分药物被迫停用，预后情况急转直下。

巧合的是，加州大学旧金山分校2015年曾接诊过一例巴拉姆希阿米巴病例——一位74岁女性在确诊前就已去世。医生对其脑脊液进行尸检宏基因组学检测时，德瑞西博士回忆道：“99.99%是人类基因。当我们分析剩余0.01%时，全部指向”巴拉姆希阿米巴。

研究人员思考：若能更早确诊，是否有药物能挽救患者？德瑞西博士再次采用无偏倚研究方法（虽未涉及宏基因组学），实验室对2000多种药物进行广谱测试。“我没有筛选十种可能有效的药物，而是全部测试了一遍。”

发现一种前景良好的药物：硝羟喹啉——这种在欧洲使用半个世纪的尿路感染抗生素。后续测试证明其对巴拉姆希阿米巴感染的脑组织具有强效抑制作用。团队将成果发表论文，希望为未来遭遇此类病例的医生提供参考。

斯波蒂斯伍德博士就是那位医生。她成功为患者获取了这种药物。七周后，脑部影像显示病情显著改善。该病例报告于一月发表在《新兴传染病》期刊上。在确认硝羟喹啉是否对巴拉姆希阿米巴真正有效之前，还需要更多良好治疗案例，但患者入院18个月后仍在服用此药，并保持独立生活能力。

**致信：**[email protected]