就連食腦變形蟲也逃不過這種尖端DNA技術的法眼——《華爾街日報》

插圖：喬恩·克勞斯2021年，當一名癲癇發作的中年男子被送入加州大學舊金山分校醫學中心時，試圖尋找病因的醫生們很快陷入了困境。

病理學家們花費兩週時間通過顯微鏡觀察和培養皿監測後，醫生們意識到某種嚴重物質正在侵蝕患者大腦；但他們既無法確定具體病因，也不知如何治療。

醫療團隊轉而採用一種新興的"無偏診斷"策略。最終確診的疾病極為罕見且致命，鮮有醫生見過：食腦阿米巴病。患者大腦被一種名為狒狒巴拉姆希阿米巴的單細胞生物入侵，這是已知能感染人類大腦的至少三種阿米巴之一。

這種無偏診斷方法稱為宏基因組新一代測序技術，它能分析患者組織樣本中的所有遺傳物質，從而通過單次檢測篩查多種致病微生物。

“這與所有其他臨牀診斷技術截然不同，“加州大學舊金山分校分子生物學家、宏基因組測序先驅約瑟夫·德瑞西表示。

德瑞西博士是邁克爾·劉易斯關於新冠的著作《預感》中的核心人物。他與加州大學舊金山分校的同事曾運用宏基因組測序的前身技術，在2003年首次SARS疫情期間早期識別出冠狀病毒病原體。近年來，宏基因組學在加州大學舊金山分校等機構追蹤新冠病原體工作中發揮了關鍵作用。

傳統的感染病因查找方法包括在顯微鏡下檢查患者組織或在培養皿中培養樣本，觀察是否有細菌或其他微生物生長。但醫生必須針對特定病原體進行針對性檢測才能發現。這類檢測通常是在醫生綜合病例細節、對感染原因形成初步推測後才會開具——這是一種帶有主觀傾向性的診斷方式。

DeRisi博士和宏基因組測序技術的其他支持者表示，這項技術將徹底改變醫生應對醫學最嚴峻挑戰之一的方式——那些往往致命且治療成本極高的重大感染診斷，除非能快速識別病原體。DeRisi預見宏基因組檢測技術最終將廣泛應用於傳染病診療領域。

傳染病專家Natasha Spottiswoode醫生（左）負責治療一名感染食腦阿米巴的患者，該診斷由加州大學舊金山分校醫學中心通過分子生物學家Joseph DeRisi（右）倡導的尖端技術確認。圖片來源：Barbara Ries/UCSF加州拉霍亞斯克裏普斯轉化研究所所長Eric Topol表示：“宏基因組學是醫學診斷的未來。它本應是現在時”，但具備實施條件的醫院目前仍不多見。

宏基因組學檢測會解析患者樣本中所有DNA和RNA的四種鹼基排列順序，並將結果與美國國立衞生研究院GenBank等數據庫中存儲的人類及非人類基因組序列進行比對。

德瑞西博士表示，一個典型樣本可能產生1億條基因片段，其中約99%屬於人類。通過計算手段去除這些序列後，剩下的100萬條片段將與GenBank數據庫進行比對以尋找匹配項。

“數百種病原體都可能引發腦部感染，“同時擔任舊金山陳·扎克伯格生物中心主席的德瑞西博士指出。傳統檢測通常每次只能篩查一種病原體，而宏基因組學檢測"無需區分細菌、真菌、寄生蟲還是病毒——它們都含有RNA或DNA”。

加州大學舊金山分校傳染病專家娜塔莎·斯波蒂斯伍德博士（曾負責治療巴拉姆希阿米巴患者）將帶有偏見的診斷比作"釣魚"紙牌遊戲：持綠色魚牌的玩家會問"你有綠魚嗎？“若對方沒有，下一輪可能改問"有紅魚嗎？”

“真正客觀的提問應該是’你有任何魚嗎？’“斯波蒂斯伍德博士強調，“然後再確認顏色。”

2014年，德瑞西博士參與的UCSF團隊報告了首例通過宏基因組測序成功救治的病例——一名14歲男孩罹患可治療但可能致命的鈎端螺旋體細菌性腦感染，該病症在檢測前被誤診數月。

該案例促使德瑞西團隊將宏基因組檢測確立為腦感染診斷的臨牀工具，並推動UCSF向其他醫院推廣。德瑞西博士表示：“半導體技術的進步使這項服務成為可能。若倒退10到12年我們根本無法實現，沒有計算機存儲、內存和速度的提升，我們就會束手無策。”

目前，UCSF的服務主要針對腦部感染，但該機構及其他地方的研究人員表示，敗血症和肺炎等呼吸道感染——這兩種醫院患者的主要死因——也是宏基因組檢測的其他主要候選對象。兩者都有多種潛在病因，通常只有在確定正確病因後才能有效治療，而傳統的實驗室培養過程可能需要數天時間。在此期間，醫生通常會嘗試使用一系列昂貴的抗生素來對抗病菌，以碰運氣的方式挽救垂死的病人。

“你希望的是立即知道病菌，這樣你就不會使用不必要的抗生素，”託波爾博士説。

宏基因組學有其侷限性。該測試可能會檢測到休眠或在臨牀上無關緊要的微生物，使得結果難以解釋。它可能會漏掉通過傳統方法檢測到的病原體。UCSF的腦部感染測試費用約為2000美元，遠低於ICU一天的費用，但對於常規使用來説仍然是一個潛在的障礙。保險報銷情況參差不齊。德瑞西博士表示，週轉時間可能長達六到七天。

與此同時，UCSF的檢測服務已滿負荷運轉，每週常規分析多達50份腦脊液樣本，德瑞西博士説。他表示，成本和週轉時間都有望下降：“我們需要在24小時或更短時間內得到可操作的結果。”他説，目前在緊急情況下這是可能的，但要常規化還需要進一步的技術進步。

在巴拉穆西亞患者的案例中，宏基因組學在腦脊液中未發現阿米巴原蟲的證據。最初的診斷是通過另一種類型的測試得出的，當時一位眼尖的病理學家在顯微鏡下重新觀察組織時，發現了他認為類似阿米巴原蟲的東西。

根據一項研究方案，包括德瑞西博士在內的加州大學舊金山分校科學家決定對腦活檢組織進行宏基因組學檢測——這種檢測方法尚未被臨牀診斷驗證。檢測結果確認了阿米巴原蟲的存在，證實了巴拉姆希阿米巴是致病元兇。

治療帶來了新挑戰。美國疾病控制與預防中心數據顯示，巴拉姆希阿米巴感染死亡率超過90%，該機構基於已知病例推薦六種藥物聯合療法。斯波蒂斯伍德博士的患者初期好轉後出現嚴重副作用，部分藥物被迫停用，預後情況急轉直下。

巧合的是，加州大學舊金山分校2015年曾接診過一例巴拉姆希阿米巴病例——一位74歲女性在確診前就已去世。醫生對其腦脊液進行屍檢宏基因組學檢測時，德瑞西博士回憶道：“99.99%是人類基因。當我們分析剩餘0.01%時，全部指向”巴拉姆希阿米巴。

研究人員思考：若能更早確診，是否有藥物能挽救患者？德瑞西博士再次採用無偏倚研究方法（雖未涉及宏基因組學），實驗室對2000多種藥物進行廣譜測試。“我沒有篩選十種可能有效的藥物，而是全部測試了一遍。”

發現一種前景良好的藥物：硝羥喹啉——這種在歐洲使用半個世紀的尿路感染抗生素。後續測試證明其對巴拉姆希阿米巴感染的腦組織具有強效抑制作用。團隊將成果發表論文，希望為未來遭遇此類病例的醫生提供參考。

斯波蒂斯伍德博士就是那位醫生。她成功為患者獲取了這種藥物。七週後，腦部影像顯示病情顯著改善。該病例報告於一月發表在《新興傳染病》期刊上。在確認硝羥喹啉是否對巴拉姆希阿米巴真正有效之前，還需要更多良好治療案例，但患者入院18個月後仍在服用此藥，並保持獨立生活能力。

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