如今距离人类首套基因指令 完成测序已过去12年。许多我们寄望于利用人类基因组知识更好地应对心脏病和癌症等疾病的期望，仍需数年乃至数十年才能实现，但医疗领域的DNA测序并不仅关乎未来。它已在变革临床微生物学。最令人振奋的是，它为我们对抗耐药细菌菌株提供了一项重要工具。这些菌株是 日益严重的主要威胁 之一，对人类健康构成危害，并且 刚刚促使 英国就全科医生如何开具抗生素处方出台了新指南。
临床微生物学是医学的一个分支，致力于预防和治疗传染病。它依赖于快速鉴定致病原——细菌、病毒和真菌。鉴定使得针对患者进行个体化治疗并有效监测疾病的暴发与传播成为可能。
传统鉴定大多数细菌病原体的方法，是在培养基中培养患者样本，检测其对抗菌药物的敏感性，并将其与其他细菌菌株进行比较。这一过程 通常需要 数天，对于生长迅速的细菌（如 大肠杆菌），而对于生长较慢的细菌（如 结核分枝杆菌）则需数月。
在21世纪初的头几年， 该领域出现了一些重大技术进展， 但挑战依然存在。准确识别病原体的具体菌株仍然困难，同时追踪其传播途径和监测变异也存在诸多障碍。
DNA测序或许正是答案。该技术于1975年由弗雷德·桑格（Fred Sanger）领导的团队开发，其研究成果是一项 新的在线展览 的主题——直到最近，DNA测序才在临床微生物实验室中得到常规应用。此前其成本高昂，需要费力的手工实验操作和繁琐的结果判读。然而，更廉价的快速DNA测序仪和大型参考数据库正日益改变这一状况。
台式测序仪的平均成本 目前为12.5万美元（8万英镑）。这类设备一天内可对数个细菌基因组进行测序，每个样本的成本约为150美元。2007年，仅对一个细菌基因组进行测序的成本可能高达80万美元。它 现已可以 在单次运行中对100个细菌基因组进行测序。
Rosie Hospital
该技术在耐药感染方面的潜力首次 凸显于 2011年英国剑桥Rosie Hospital爆发MRSA疫情期间。当婴儿病房中三名婴儿同时检测呈阳性时，医院的感染控制团队查阅了此前六个月的记录，发现婴儿曾被MRSA零星感染，有时间隔数月。
但这究竟是MRSA暴发，还是仅为互不相关的感染？由于传统方法收效甚微，请来了位于 Wellcome Trust Sanger Institute 的全基因组测序专家及剑桥大学的专家介入调查。他们迅速确定，这些样本在基因组水平上均相互关联，提示存在一次暴发。通过对医院微生物实验室数据库中具有相同抗生素敏感性特征的其他细菌进行测序， 他们证实 这是一种新的MRSA菌株，其感染病例数是最初所认为的两倍，并且在更广泛的社区中也普遍存在。
此前感染被发现两个月后，尽管病房刚刚进行过彻底清洁，另一名婴儿仍检测呈阳性。因此，研究团队对病房工作人员的拭子样本中的细菌进行了测序，发现某一特定人员携带相同的MRSA菌株。该工作人员接受治疗后，此次暴发随之结束。
此后的进展
当时人们曾大量讨论这一成功经验在其他地方复制的可能性，而这一点似乎正在得到印证。2014年，同一剑桥团队 携手 泰国和澳大利亚的研究人员，证明可利用全基因组测序，在泰国东北部一家资源不足医院的两个重症监护病房中追踪和鉴定MRSA。
令人瞩目的是，研究团队在医院中同时检测到了多种不同的感染变体，而这是传统分型方法未能发现的。该研究还有助于识别具有临床重要性的基因，例如编码抗菌剂耐药性和抗生素耐药性的基因。耐药细菌 尤其 是较贫穷国家的突出问题，因此这些结果显得格外重要。
除MRSA外， 全基因组测序挫败了 2013年英国伯明翰Queen Elizabeth Hospital中的另一种耐药细菌。这是一起 鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）暴发事件，是一种机会致病菌，可在免疫功能受损的重症患者中引起肺炎和血流感染。该菌的一种新菌株在该医院肆虐了超过18个月。测序完成后，华威大学和伯明翰大学的研究人员得以证明，此前认为感染在单个病房内传播的理论是错误的：他们是从其他地方一张专门用于烧伤护理的病床上感染的。
今年，伦敦帝国理工学院的研究人员 得以 解开了一个结核病谜团，涉及两名感染耐药结核菌株的患者。第一名患者曾在南非某医疗机构工作，该地区在2005年曾爆发严重的耐药结核病疫情，但他来到英格兰时身体健康。第二名患者从未出境旅行，并且与结核病的常见情况一样，四年间未出现任何症状。唯有通过全基因组测序，才能将两人联系起来：结果显示他们曾在2008年于同一医疗病房中度过八天。随着英国耐药结核病病例 持续增加 ，从2000年的28例上升至2012年的81例，这同样是一项重要进展。
尽管有这些积极进展，一个主要障碍 阻碍了 全基因组测序在应对耐药细菌方面的广泛应用。目前，能够自动分析和解读临床样本测序数据、使非专业人员能够理解并在临床上应用的工具很少。这使得该系统难以推广，并阻碍成本进一步降低。
不过，加利福尼亚州的斯坦福大学或许正为解决方案指明方向。那里的研究人员 已经 开发出一套用于追踪耐药HIV的网络系统。如果这一方法能够应用于包括细菌感染在内的其他感染，基因组测序就可能在全球医院中成为常规手段。
本文与 The Conversation合作发表。发表本文并不意味着世界经济论坛认同文中观点。
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作者：Lara Marks是www.whatisbiotechnology.org的执行主编，并著有《The Lock and Key of Medicine: Monoclonal antibodies and the transformation of healthcare》一书。
图片：保加利亚索非亚保加利亚食品安全局微生物实验室中的细菌培养示例。REUTERS/Stoyan Nenov
