生物通報道：一個14歲男孩患上一種神秘的腦炎，這種疾病使他入院六周，并一度陷入藥物引起的昏迷狀態。但是，通過新一代的DNA分析工具，他的病情突然好轉并快速恢復，這表明，即使醫生沒有嫌疑對象時，也可以用新的DNA分析工具來揭示危及生命感染的原因。

根據加州大學舊金山分校（UCSF）醫學實驗室的華裔教授Charles Chiu介紹，在對腦脊髓液和血液進行分析僅僅48小時后，該男孩就得到了快速的診斷和成功治療，這預示著強大的“下一代測序（NGS）”技術在解開傳染病謎團中的更廣泛應用，不僅可用于前沿的研究機構，而且可用于隨處可見的、醫生可以接近的臨床實驗室。相關研究結果發表在2014年6月4日的《新英格蘭醫學雜志》（New England Journal of Medicine），Chiu是這項案例研究的資深作者。

Chiu實驗室開發的工作流程，極大簡化了疾病病原體的遺傳檢測，用NGS技術大大縮短了樣品采集和可行診斷之間所需的時間，幫助威斯康星大學的一個醫療小組挽救了年輕患者的生命。

這項NEJM研究，將更快DNA測序、日益增長的基因組數據庫（用于識別病原體和其他生物體）和更先進的計算分析工具（快速分析數百萬個數據點）融合起來。這個流程能夠使研究人快速測序，同時識別患者樣本中的所有DNA，而無需培養或靶定特定的傳染病原體。

Chiu指出：“從成本和周轉時間的角度來看，這是一項非常強大的技術，已成為切實可用的臨床實驗室常規實施技術。”目前，一些臨床實驗室可提供NGS檢測，以確定臨床試驗中的癌癥突變，并確定出生缺陷相關的突變，但直到現在，NGS一直被視為過于緩慢和費力，因此對常規的傳染病診斷不太有用。

本文共同作者、UCSF生物化學和生物物理學主席、霍華德休斯醫學院（HHMI）研究人員Joseph DeRisi，是使用新基因組技術來識別以前未知的病原體（如SARS冠狀病毒）的領先者，他指出，現在用一個單項檢測，花費幾千美元的成本，基本上就能檢測到任何病原體。

DeRisi首先接觸的是男孩的醫生——威斯康星大學麥迪遜分校醫學和公共健康學院的兒科和醫學教授James Gern博士以及一項較早研究的合作者。然后，他邀請UCSF其他科學家致力于NGS技術，包括Chiu和DeRisi實驗室的一個成員Michael Wilson博士（神經學助理教授，該研究的第一作者）。

最初幾周，在威斯康星大學經過昂貴的檢測和程序，并沒有發現疾病的原因，在USCF實驗室應用強大的NGS流程，最終帶來了明確無誤的診斷。

微生物感染的早期檢測沒有發現任何線索。相反，男孩的臨床實驗結果和病史——他出生時具有嚴重聯合免疫缺陷�。⊿CID），似乎表明更可能是一個免疫反應引發了他的疾病。威斯康星大學的醫生給他施用了糖皮質激素——通常用于自身免疫性腦炎的一種有效療法，但是男孩的病情卻惡化了。他出現了嚴重的腦積液和無法控制的癲癇發作，只在藥物引起的昏迷后才平息下來。

同時，在USCF，Wilson和Chiu實驗室合作，從患者的腦脊液和血液樣本及一個對照樣本中，產生了1000萬個不同的DNA序列。醫學研究人員使用Illumina的MiSeq DNA測序儀——最近被美國食品和藥品管理局批準用于臨床診斷實驗室，經過一個通宵就完成了測序。

Chiu研究小組開發了一種分析工具，稱為SURPI，同時發表在《Genome Research》的文章描述了這種工具，可讓科學家們能夠更迅速地將來自患者樣本的DNA，與美國國家生物技術信息中心維護的GenBank進行比對。他們發現，來自患者腦脊液的300萬個DNA序列中，有475個不同的DNA序列是來自一種稱為鉤端螺旋體（Leptospira）的細菌。雖然在腦脊液中檢測到了鉤端螺旋體，但并沒有證據顯示，在患者血液和陰性控制樣本中也存在鉤端螺旋體DNA。

Chiu說，這項DNA序列分析只需要96分鐘。以前，利用相同硬件平臺上的計算機軟件進行的類似分析，將需要24小時或更多的時間。

更具體地說，研究人員確定，男孩已經感染了鉤端螺旋體屬的細菌（Leptospira santarosai），這種細菌原產于加勒比海和更溫暖的地方。威斯康星和UCSF的醫生建議，用低風險的抗生素治療——青霉素，醫療小組決定不用臨床批準的試驗確診而進行治療。治療消除了感染，在治療開始三周后，患者被允許從ICU病房出來。在入院后第76天，經過住院康復治療，他能夠出院返回家中。

在治療開始后，沒有標準的臨床試驗可以立即進行確診。在治療5個月后，美國疾病控制和預防中心的工作人員，通過修改他們用于鉤端螺旋體的標準測試，最終確證了UCSF的診斷。

在美國，大約有2萬人（主要是兒童），每年因腦腫脹腦炎入院，有4000多人因腦膜炎入院。在幾乎一半的腦炎病例中，并沒有發現病因，然而，這項NEJM案例指出，如果不能將傳染與自身免疫區分開來，可能會引起更嚴重的病情。

回想起來，這個男孩在入院一年以前，曾隨家庭呆在波多黎各，可能在這期間他遇到了細菌。在那之后，他僅經歷了間歇性的頭痛、發燒和其他癥狀。這些癥狀雖然可以初步得到改善，但是最終他的病情更加嚴重，在發現鉤端螺旋體之前，他在四個月內曾三次入院。

根據Chiu介紹，然而目前還沒有監管機構批準將NGS檢測傳染疾病用于商業臨床檢驗室的常規診斷。NEJM案例中使用的實驗診斷程序，是在臨床實驗室中，根據所有規范實驗室共用的標準操作流程進行的。他希望在幾個月內獲得批準，能夠在UCSF臨床微生物實驗室，為某些類型的傳染病，提供一種NGS診斷檢測。

（生物通：王英）

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生物通推薦原文摘要：
Actionable Diagnosis of Neuroleptospirosis by Next-Generation Sequencing
Abstract: A 14-year-old boy with severe combined immunodeficiency presented three times to a medical facility over a period of 4 months with fever and headache that progressed to hydrocephalus and status epilepticus necessitating a medically induced coma. Diagnostic workup including brain biopsy was unrevealing. Unbiased next-generation sequencing of the cerebrospinal fluid identified 475 of 3,063,784 sequence reads (0.016%) corresponding to leptospira infection. Clinical assays for leptospirosis were negative. Targeted antimicrobial agents were administered, and the patient was discharged home 32 days later with a status close to his premorbid condition. Polymerase-chain-reaction (PCR) and serologic testing at the Centers for Disease Control and Prevention (CDC) subsequently confirmed evidence of Leptospira santarosai infection.