在此ci新冠病毒疫qing的发现和防控当中，包罗基因测序、RT-PCR在内的病原检测手艺做出了有目共睹的孝顺，也接受了亘古未有的压力和挑战。这篇文章总结了病原核酸检测在此ci疫qing中施展的作用，以及小我私人对病原测序行业未来的一些思索。

1、新冠病毒的发现

毋庸置疑，基因测序手艺在此ci新冠病毒的发现中起了很是关jian的作用。

首先，复旦大学张永振团队从一位病人的肺泡灌洗液样本中提取病毒，通过二代测序准确地测定了病毒的基因序列，上传到GenBank，并指出了它和SARS病毒的相似度（Wu et al, “A new coronavirus associated with human respiratory disease in China”）。

接着，中科院武汉病毒所石正丽团队通过对5个病人样本的测序判断病毒和来自蝙蝠的BatCoV RaTG13病毒序列更为相近，但和SARS病毒有同样的ACE2 cell entry receptor。统一团队设计出了准确的qPCR检测要领（Zhou et al, “Discovery of a novel coronavirus associated with the recent pneumonia outbreak in humans and its potential bat origin”）。这为迅速判断疫qing和对病人确诊打下了基础。

以后，中国疾控中心谭文杰团队使用三种测序要领（Lu et al, “Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding”)剖析了病毒的变异位点和进化树。

至此，我国科研单元在差不多一个月之内迅速发现了准确的致病病毒并完成测序，和全天下分享了病毒的序列和已知变异，给出了有用的核酸磨练要领。这些事情都获得了各国政府和天下卫生组织WHO的高度评价。

Mapped read count plot showing the coverage depth per base of the WHCV genome

(Wu et al, 'A new coronavirus associated with human respiratory disease in China')

在这些发现新冠病毒的事情中施展精彩的是mNGS（metagenomics next generation sequencing，宏基因组测序）手艺。发现新病原的关jian在于高通量和准确率。由于新病原在样本中的品貌和序列未知，因此为从大量的配景核酸中判断新病毒数据，必须要有足够的reads数来支持生信剖析。

从复旦张永振团队的文章可以看出，为了拿到未知病毒120K准确的Reads，整个metagenomics测序通量到达了50M以上(多余DNA序列来自人和其它微生物)。以前面的图示还可以看到病毒测序的笼罩率不匀称，这个征象很可能和逆转录或扩zeng偏好有关，这无疑越发提升了数据量要求和序列组装的难度。高准确率的主要性对de novo测序毋需多言。在没有准确reference提供比对依据的时间，原shi数据的准确率对组装至关主要。二代测序优异的通量和准确率在此获得充实的体现。

对于三代测序或单分子测序而言，其优势在于通过镌汰扩zeng来到达更匀称的基因组笼罩和更真实的病原品貌排序。病人样品里的病毒RNA品貌很是有限，而且RNA在样本储存，提取和逆转录历程中会进一步损失。因此现在所有的mNGS测序要领都必须经由两ci扩zeng：第一步是cDNA文库PCR， 第二步是测序前的RPA/RCA扩zeng或桥式PCR。病原单分子测序事情只需要文库制备后的扩zeng，对cDNA的扩zeng也必须优化以只管镌汰偏好性。海内的科研机构和科技企业已经在起劲开发针对新冠病毒测序的三代测序方案，其中包罗中国疾控中心的Nanopore测序方案，壹定发生物基于GenoCare测序仪的单分子测序试剂盒，以及贝瑞基因基于PacBio Sequel-II测序仪的单分子测序试剂盒。

值得一提的是，单分子直接RNA测序在未来是一个很有潜力的病原测序途径。现在它的准确率和读长仍和cDNA测序有一定距离，可是这一要领可以直接丈量病毒RNA碱基的修饰（Viehweger et al, “Direct RNA nanopore sequencing of full-length coronavirus genomes provides novel insights into structural variants and enables modification analysis”）。壹定发期待在这个偏向上有更多的效果来剖析RNA修饰在病毒中的作用。

2、新冠病毒的核酸检测

新冠病毒的主流核酸检测要领无疑是荧光定量PCR，但这里我不赘述PCR的手艺细节。最近各人意见较量多的一个问题就是荧光PCR的假阴性率高，然后是操作时间过长，最后是对于差异样品的敏感度。这几个问题跟癌症早蒰ai媪俚奈侍庀嗨啤＜僖跣院筒僮魇奔渥攀凳窍嗷ッ艿摹Ｋ俾试娇欤﹝eng效率越低，阳性率会越差。平心而论，荧光PCR的使用照旧很是乐成的。

核酸检测的假阴性问题虽然要只管解决，但分子诊断中由于检测限和样品质量问题泛起假阴很难阻止。导致检测错误泛起的因素是多方面的，网络上已有专业人士对此举行充实的手艺普及，这里我只想说一下病人样品种类这一点。最近深圳市第三人民医院的研究显示，痰液样品的阳性率大大凌驾咽拭子这样的固体样品（Yang et al, ”Evaluating the accuracy of different respiratory specimens in the laboratory diagnosis and monitoring the viral shedding of 2019-nCoV infection”）。 在核酸检测要领上，进一步优化样品收罗方式可能是最值得做的事情。

其它检测要领中，等温扩zeng和免疫检测虽然更快，但特异性和检测限相比于荧光PCR没有优势；CT检查则难以做到规模化的普遍使用。

这ci疫qing对中国的体外诊断行业是一个重大的磨练。为了资助医院尽快诊断，做好诊断，上百家企业在春节时代加班加点赶制检测试剂盒和仪器。这种“饱和式救援“保证了节后的试剂盒供应富足，也把整个工业链推到了极限。壹定发应当对中国IVD行颐魅整体的快速响应和起劲支付感应自豪，同时也期待在以下方面能有更大的提升：

1）焦点质料的产能和质量还要进一步提高。

大部门的IVD公司都只有设计试剂盒的能力，而没有提供试剂质料的能力。这些质料的产量和质量对检测试剂盒的性能是至关主要的，海内的质料供应链企业在此ci疫qing中也袒露出了极限生产时的速率和供货难题。若是一些IVD企业在拥有检测要领的同时也具备焦点质料的自主制备能力或工业链结构，可以期待它们能够更从容地应对突发疫qing，在赶进度的同时保障试剂的供应和质量。

2）快速检测的手艺储蓄需要增强。

快速检测虽然纷歧定最准确，可是它对于下层医疗机构确实是有价值的。现在这些快速检测产物的供应商大部门都照旧较量年轻的公司，在当前的竞争中相比于PCR企业处于劣势。可是几年之后，他们可能就会像行业的先进们一样积攒足够的商誉，像等温扩zeng试剂检测盒这样的产物会获得更多的应用。现在几种主流的核酸快检要领，如RPA、SHERLOCK和LOOP，都是试剂较量重大的系统。海内的厂商大多需要自己做试剂和仪器，而不是像PCR行业一样有较量可靠的工业链提供试剂，有通用的PCR仪可以jie助。可以预见，下一步核酸快检会获得更多的支持，类似于PCR的工业链和通用仪器会形成，下一ci熏染病危急中快检产物的开发速率和质量都市提高。

3、新冠之后的病原测序

如上所述，测序对于病毒的发现和研究（包罗分类，溯源，卵白研究，疫苗开发）很是主要，可是在诊断中就没有大量用到测序。第一，事实测序太贵；第二，测序需要的样本量高；第三，测序需要的时间相对更长。那么这ci疫qing之后测序仪在医院的应用会不会加速？可以预期，具备测序仪制造能力的企业都市推动其产物在病原测序偏向的报证，测序仪在医院的投放会zeng加，但也可以预计，只有科研能力强的医院会真正做病原变异和微生物宏基因组方面的事情。大部门三甲医院主要照旧用越发轻盈和快速的核酸检测要领测已知病原，它们可能会更多的把实力花在qPCR能力、快速检测装备以及生物清静防护能力的提升上。而对于未知病原的测序，将更多的照旧由CDC和中科院病毒所这样的机构去实验。

那么第三方检测机构会不会购置更多的测序仪呢? 很有可能。以后可能会形成医院做常见病原的PCR检测、第三方磨练机构做疑难熏染病原测序的分工。第三方磨练机构的测序一定要能够给出一个广谱的病原判断效果。以是响应病原测序产物的通量要高，病原数据库要大。至于它是否有医疗器械证反而纷歧定很主要。广谱病原检测的医疗器械证用什么尺度审批也是一个问题。国家药监局需要制订新的规范和尺度盘。

此ci疫qing以后，国家一定会接纳一些措施防止疫qing重现，提升抗疫能力。其中和测序相关的一些可能的行动有：

?1）恒久监测熏染病高发所在的病原漫衍，提前预警

这包罗海鲜市chang，肉类批发市chang，人群群集chang所这些所在。疾控部门的检测会突破现有的已知病原领域，进入未知病原的预警和疫苗目的的预判事情。样品可能会交由第三方磨练机构举行测序。

2）追踪病毒变异

历史上强熏染性病原变异重现很是普遍。如2009H1N1流感病毒在美国发作，变异后扩展到全球，一直到现在还会撒播 （Ref：https://www.cdc.gov/flu/pandemic-resources/2009-h1n1-pandemic.html）。哪怕是较量小的变异也可能会对病毒的熏染性造成很大影响（Maurer-Stroh et al, “A new common mutation in the hemagglutinin of the 2009 (H1N1) influenza A virus”），因此疾控部门的病原测序会成为恒久的事情。

3）增强储蓄针对冠状病毒的药物和疫苗手艺

冠状病毒给中国带来了SARS和COVID-19两ci大规模的疫qing，这批注我国人群对冠状病毒可能有一定的易感性。因此，纵然是在此ci新冠疫qing竣事之后，也需要一连开展针对冠状病毒的药物开发，尤其要对一些现有药物做进一步的测试和评估，把它们推过清静性验证阶段，可能成为未来抗疫连忙可用的武器。

在预防方面，针对冠状病毒的广谱疫苗的开发势在必行，开发中必须绕开高频变异位点，兼顾相似病毒。

4）监测医院病原情形，控制院内交织熏染

高达40%的院内熏染率（Wang et al, “Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus–Infected Pneumonia in Wuhan, China”）是造成这ci疫qing扩大的一大缘故原由。历史上病毒/细菌交织熏染也是重症的一大泉源，对医院、社区诊所的准时病原监测很有意义。

不外这不会是一件容易的事。可以想象，由于医院气溶胶情形的重大性，测序检出的效果将是一个很长的微生物清单，怎样从中获得有用的解读将是一个不小的挑战。但我仍然以为值得去做。壹定发现在所熟悉的PM2.5指数也不是从来就有，但关注的人多了就会天天测，而且成为污染治理的一个尺度。微生物测序也可以提供一个类似的指导。此外，若是能开发出一种能够直接从空气中取气溶胶病原样品测序的仪器，将会很是有价值。

以上仅是我对病原测序行业未来生长的一些小我私人思索。作为一名在基因行业里凌驾20年的从颐魅者，我想说的是，虽然此ci新冠抗疫之战使得基因检测手艺成为公共瞩目的焦点，但最好的手艺并不是用来赢得战“疫”，而是用来防止战“疫”的泛起。这才是壹定发投shen于基因科技的初衷。

孙雷，CTO，壹定发生物（GeneMind Biosciences）。1993年结业于中国科学手艺大学质料系，在美国硅谷具有二十年以上的基因行业履历。曾任美国太平洋生物（Pacific Biosciences）主任科学家兼高级总监，Intel研究院Nanoparticle项目主任，GE Healthcare资深科学家。