为何核酸检测盒测不准，硅谷最前沿的答案是这样丨疫情中的公司们
传统我们认为感染的原因总是明确且唯一，但实际上感染是一个复杂过程，它不仅跟感染人体的病菌相关，也跟人体本身微生物群和免疫系统有关。by 廖国春
本期主播与嘉宾
主播 丁教 Diane
「声动活泼」创始人
嘉宾 廖国春
遗传学博士
IDbyDNA 创始人兼 CEO
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Q - 丁教 A - 廖国春
Q：最近新闻中频繁出现的 “核酸检测盒” 究竟是什么？
A：我们常说的核酸检测试剂盒都是基本上都是指 PCR（聚合酶链式反应-Polymerase chain reaction），它的要求就是设计一个高特异性的探针，需要跟你所测的这个基因序列非常匹配。PCR 的好处是可以做得比较快，快速 PCR 理论上一两个小时就可以出结果，但是由于特异性很高，你必须明确的知道要检测什么。这是它的局限。
所以对于检测 Coronavirus （新冠病毒）来说 PCR 是很适用的，它可以明确判断是还是不是；缺点就是目前序列的资料不全，而且病毒有突变的可能，如果无法与探针匹配就会造成漏检的问题。这时 PCR 探针的效率就不会很高。
Q：所以新冠肺炎核酸检测试剂盒，确诊率不理想，是因为上述原因吗？
A：原因很多。不完全是探针设计的问题。
一方面，早期我们都是根据已公开发表的数据来设计。但我们其实对这次冠状病毒了解还不全面，所以探针无法做到百分百抓取识别；
另一方面，从试剂盒的角度来看，目前情况下，因为时间紧张人手不足，试剂盒的质检会受到影响。
还有一个角度是检测所用的核酸提取，核酸是检测的基础，而这次的核酸提取面临两个挑战，第一是早期病人的 viral load（病毒载量）很少；第二是采样位点的问题，如果能直接在感染位点，即肺部采取肺泡灌洗采样是最好的，但这是一种侵入性提取方法，并不方便；痰液和上呼吸道很方便，但采样就不够理想。
Q：有什么替代技术方案吗？行业内说的宏基因组检测是怎么回事？
A：宏基因组测序，是把样品中的核酸拿过来不加区分地进行检测。不管是病毒、细菌、真菌还是动植物，它们都有核酸。我们把所有核酸提取出来后不加区分，不加选择性地测序。测完后实际上相当于把病人样品数据化了，这时就变成了一个计算问题，我们需要从样品上百万上千万或更多的 DNA 序列片段里面找出来，哪些是从人来的，哪些是从微生物来的，哪些是有可能致病的。
宏基因组测序的技术难点就是，一方面它计算上要求很大，我们可能会用上百万上千万的序列去和上百万的reference 比对，同时要在短时间内出结果；第二，我们人身上会带大量的菌，比如说鼻腔，它就会本来就会有很多微生物包括细菌，病毒。带菌不代表你生病。但这个时候就需要分辨哪些可能导致人体生病，哪些只是带着而已。
所以早期宏基因组测序成本很高，应用比较有限，随着技术的发展，测序成本已经降得很低了。
比如说流感季节，你要怎么知道这个病人得的是流感还是普通感冒，还是新的冠状病毒肺炎？这时可能会涉及到成千上万人，不可能在疾控中心去把所有检测都做一遍。而宏基因组的优势是可以同时检测很多病菌，不需要很专门的去检测某一种。
Q：目前宏基因组技术可以商用了吗，还是依然在实验室阶段？
A：现在已可以商用。我们在 2017 年底与美国合作实验室推出了针对呼吸道感染的检测，但还没做很多商业推广，因为主要还是在和医院医生做联合研究，去了解哪些病人更适用于这个新的技术。现在的情况是，我们去年年底开始在美国进行商业推广。
Q：哪些病人更适用于这种技术？病情复杂的患者吗？就像我们看的美剧《豪斯医生》的案例，最后检测出来发现可能同时患了三种病？
A：不完全是，这是一个成本问题。早期成本很高，比如我们早期推出的检测是 2000 美元，所以对于病人来说，一般是先用别的检测方法，如果实在找不出致病原因，再来用宏基因检测。但现在我们已把价格降到跟普通检查差不多的价钱。
在美国，一个住院病人给医院造成一天少则几千多则上万的支出。从这个角度来说，替医疗系统节省的钱已远远超出了多试验几种不同检测方法的钱。现在很多医院的医生在做传统检测的同时，会订购我们的检测方式，因为成本已大幅下降。目前来说我们所有的检测在美国几乎是百分之百被保险覆盖。
Q：宏基因组的检测时间大概有多久？
A：目前我们可以保证在 36 到 48 个小时之内完成。一方面提取样品，制备文库本身需要时间。其次，测序也需要花时间——但这有很多提升空间，我觉得在不久的将来我们可以在 24 小时内完成检测。
很多技术比如说 PCR，快速 PCR 是可以做到几个小时甚至一两个小时出结果。但那是你拿到样品立刻就做，很少有医院说是拿到样品立刻就进行检测，有时是要走流程，有时是等着别的样品一起做，所以实际上没有那么快。
Q：您之前在寨卡病毒时也帮助几位患者做出了跟医院结果不同的检测？
A：寨卡病毒（Zika Virus）当时已流传一阵子了，但很多疾病的症状有时是类似的，医生往往先根据症状来判断是什么病，所以一开始他们认为可能是登革热。当时美国盐湖城正好有一例成年男性死亡病例，所以我们和犹他大学的医生进行了合作研究。我们当时想回答但问题是：他是因病毒死亡，还是有其它并发症？最后血清测出来除了寨卡病毒外没有别的病毒存在，所以我们就认定是寨卡。
从这个案例可以看出，宏基因组有一个好处是，它会改变我们对感染的看法：传统上我们认为感染的原因总是非常明确，唯一的，但实际上感染是一个复杂过程，它不仅跟感染人体的病菌相关，同时跟人体本身的微生物群、自身免疫系统都相关。
宏基因组另一个好处是，它可以提供致病病菌的更多信息，因为是测序，测序完之后如能重建基因组，就能比 PCR 等检测方法回答更多问题。
包括这次冠状病毒也是通过测序得出基因组的。寨卡病毒也是我们重建了它的基因组，跟数据库里其它已知寨卡病毒进行比对，发现病人携带的病毒跟他曾到过地区的寨卡病毒十分相似。所以从另外一方面来说这也是宏基因组在流行病监测方面的应用前景：它不仅能够早期发现，还可以追溯传染源。
Q：目前宏基因组技术的主要成本受限于哪些方面？
A：文库制备和测序。但测序成本已降了很多，再往后发展，测序成本会不断慢慢降低，使得运输在未来成本中占比变大。因为样品从医院实验室送到我们中心实验室，本身有个运输保存的费用问题。现在分析成本降低了，运输成本相对就显得高了。
但成本下降，产量就会上升，量上来后就会进一步导致成本下降。在美国经过这么多年，医疗系统对宏基因组检测的接受程度已很高了，因为它可以具备很多传统检测方法所没有的优势。
Q：宏基因组能完全替代传统检测吗？
A：不能完全取代所有传统检测方法，因为每一种都有各自优缺点，但它会进入主流成为标准检测的一部分。
Q：宏基因组检测以后会集中在大实验室进行，还是也会分散到各个医院？
A：光靠中心实验室是不一定够的。因为每个人一年都会被感染几回，所以检测量非常大。而且从成本上考虑，病人在医院等待检测的时间也是医院的支出，所以从这个角度来说，比较大的医院如果有足够多的检测需求，很可能会自己做。
Q：国内和美国的技术方向和市场有什么不同？
A：市场方面，因为美国的规章制度相对比较完善，而且医疗系统对新技术的应用都有自己的考量，所以不会有大量公司一窝蜂地来做。这其中涉及到质量、监管等各方面因素，所以美国市场相对比较稳定。
国内有时会过热，类似于早年很多国内公司一窝蜂学类似 23andMe 的基因检测的情况。
Q：宏基因组技术在美国也是受到 FDA 监管吗？
美国有两个系统，一个是 LDT，就是所谓 laboratory developed test，美国很多参考实验室就是这一类，实验室开发自己验证过的检测方法，不需要 FDA 批准，也可以用在临床上，但是它会有自己的监管机构。
另一个是 MDA，就是 Medical Device，比如试剂盒还有各种医疗仪器， 这些是需要 FDA 批准。我们的宏基因组检测技术是受 LDT 监管，但是 FDA 还是有大影响力，所以我们也在跟这个部门接触。
Q：如何保证宏基因组检测的质量？
A：在检测前期，第一是保证核酸的提取，针对不同的样品做优化；第二是放入有效的内标。
内标就是在样品里放入定量的，我们自己生产的活的微生物。这种微生物在人身上没有。这些我们自己放入的活的微生物会经过样品所有生物活动流程，所以如果你你查不到内标，就说明是某个环节出问题了。
内标还可以帮我们定量，做感染检测时，医生会关注三个方面：（1）你为什么感染，（2）是不是你体内有没有抗药性，（3）携带病菌数量。携带病毒细菌有时并不致病，这与具体量有关。没有内标的话就很难定量。
后期分析时也有不少需要注意的地方。
第一，如果数据库不够全也会导致错误的分析结果。做一个假设，如果我们在测人的序列时，数据库里只有猴子的序列而没有人的，那么这组序列一定会被匹配成猴子，因为二者基因相似度很高。
第二，核酸的位点会影响检测结果，保守位点可能很多病菌里都有。如果序列片段来自保守位点的话，它的信息量就会很低。所以做宏基因组测序时，不仅要看有没有检测到基因序列，还要看这个片段是从哪里来的。如果来自于特异性高的位点，它的信息量就会高很多。
Q：国内目前有针对宏基因组的监管吗？
A：国内目前没有正式的LBT，所以说第三方检测应该都是属于 CFDA （国家食品药品监督管理局）管理。技术的发展永远比监管快，目前这里应该还是存在一个灰色地带。
Q：基因库一般都是怎么建立的？
A：大部分原来的序列信息都来自公共数据库，但是公共数据库需要花费大量人力去重新分析以保证它的正确性，是不能拿来直接用的。实验室自己积累的话需要大量病例，这也是国内的一个优势。但是首先要保证个体检测是准确的，这样你得到的这一批检测数据才具有有效性。
Q：宏基因组技术发展到后期，如果每个人都能够检测的话，对于精准医疗有什么意义呢？
A：一方面，宏基因组技术可以遏制抗生素的滥用。现在如果不知道病人究竟被什么感染，为了控制病情医生会首先选用广谱抗生素，这就导致了抗药性的问题。
另一方面，可以帮助医生采取更好的治疗方案。能不能明确致病原因，对医生制定治疗方案有很大影响。如果确认不是被细菌感染，那就无需使用抗生素。如果确认是被某一类病毒感染，即便没有特效药，医生也可以考虑别的办法。
宏基因组未来可能可以提供所谓的「真阴性」。例如，器官移植病人术后发热，原因可能是药物过敏，也可能是感染。还有上呼吸道疾病，有时过敏和感染表现出来的症状是相似的。如果你能够区分他是不是感染，就能提供更有效的治疗方案。
Q：这对流行病防控和公共健康方面有什么意义？
A：我们先谈一下防控的问题。目前来说疾控中心主要应用 PCR 技术，因为 PCR 的特异性很高，需要针对不同致病原因做不同检测，导致疾控中心工作量很大。
如果宏基因组技术能普及，我们有可能在流行病爆发前及早发现问题。例如让所有流感病人都去做宏基因检测，那么无论是流感病毒，还是 SARS ，或这次的新冠病毒，抑或是一种未知病毒，我们在测序完成的第一时间就能发现。
拿这次新冠病毒来说，就算它的序列不在基因库内，但因为跟 SARS 具有相似性，我们依然可以判断它很危险。如果疾控网络是通畅的，就可以立刻上报，做出应对方案或警告。所以我相信通过宏基因组技术，我们有一天可以监控每一种疾病。
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