摘要：在医院的重症监护室，一位持续发热的患者接受了数十项常规检查仍无法确诊；在爆发不明原因肺炎的疫区，疾控人员急需快速锁定致病原；在食品加工厂，一批出口产品突然检出未知致病菌...... 这些场景中，一种能从复杂样本中 "一网打尽" 所有微生物遗传信息的技术 ——病
在医院的重症监护室，一位持续发热的患者接受了数十项常规检查仍无法确诊；在爆发不明原因肺炎的疫区，疾控人员急需快速锁定致病原；在食品加工厂，一批出口产品突然检出未知致病菌...... 这些场景中，一种能从复杂样本中 "一网打尽" 所有微生物遗传信息的技术 ——病原微生物宏基因检测（mNGS，metagenomic Next-Generation Sequencing），正成为破解微生物谜题的关键利器。这项诞生于 21 世纪初的革命性技术，如同给微生物世界装上了 CT 扫描仪，让人类第一次拥有了全景式解码病原的能力。
一、技术本质：从 "盲人摸象" 到 "全景成像"
传统病原检测方法如同盲人摸象：细菌培养依赖特定培养基，病毒检测需要预设靶点，真菌鉴定依赖形态学观察，而对于新发病原体或混合感染，这些方法常常束手无策。病原微生物宏基因检测则开创了 "无偏倚测序" 模式，其核心原理是：
高通量捕获：直接提取样本（血液、痰液、脑脊液、环境拭子等）中的全部核酸（DNA/RNA），无需预设检测目标深度测序：利用二代测序技术（Illumina、华大 DNB 等平台）进行海量测序，单次运行可产生数十亿条序列生物信息学解析：通过比对全球微生物数据库（如 NCBI、RefSeq），精确识别细菌、病毒、真菌、寄生虫等病原体这种技术突破了 "先假设后验证" 的传统思维，就像用高清摄像机拍摄整个森林，再通过图像识别软件分辨其中的每一种生物。2014 年《新英格兰医学杂志》报道的全球首例 mNGS 确诊病例中，医生从一位脑膜炎患者脑脊液中检出此前未知的钩端螺旋体变异株，改写了当地的诊疗指南。
二、技术流程：实验室里的 "微生物考古"
（一）样本预处理：从混沌到有序
临床样本往往含有大量宿主核酸（如人体细胞 DNA 占比可达 99%），需要通过物理破碎（珠磨法）、化学裂解（胍盐试剂）和核酸纯化（磁珠法），最终获得微生物核酸。2023 年《临床微生物学杂志》推荐的标准化流程显示，加入外源内参（如噬菌体 PhiX）可有效监控核酸提取效率。
（二）文库构建与测序：给微生物 "拍证件照"
将提取的核酸打断成 200-500bp 的片段，连接测序接头后进行 PCR 扩增，构建成可上机测序的 DNA 文库。Illumina 平台的双端 150bp 测序模式，能实现对病原体基因组的高覆盖度扫描，而 Nanopore 单分子实时测序技术（MinION）则可在 2 小时内出具初步报告，适合疫情现场应急检测。
（三）数据分析：从数据洪流到精准识别
深圳某三甲医院的实战数据显示，mNGS 对血流感染的病原体检出率（78%）是传统血培养（32%）的 2.4 倍，尤其对苛养菌（如巴尔通体、军团菌）的检出优势显著。
三、应用场景：微生物检测的全战场覆盖
（一）临床诊断：破解疑难感染的 "照妖镜"
在 ICU 感染性休克患者中，mNGS 可将明确病原的时间从平均 5 天缩短至 6 小时。2020 年新冠疫情初期，武汉金银潭医院通过 mNGS 在 48 小时内锁定新型冠状病毒，为后续疫苗研发争取了宝贵时间。对于免疫缺陷患者（如艾滋病、器官移植受者），mNGS 能同时检出多种机会性病原体，如巨细胞病毒、肺孢子菌、弓形虫的混合感染。
（二）公共卫生：疫情防控的 "早期预警系统"
2019 年北京某批发市场三文鱼案板样本的 mNGS 检测，快速锁定新冠病毒污染来源；2022 年猴痘疫情中，英国公共卫生部通过环境样本 mNGS，追踪到病毒从非洲啮齿类动物到人类的传播链。这种技术相当于给城市微生物生态装上了 "监控摄像头"，能在病原体扩散前发出警报。
（三）环境与食品安全：微生物风险的 "显微镜"
在饮用水监测中，mNGS 可检出传统方法漏检的隐孢子虫、蓝藻毒素基因；在食品出口检测中，能同时筛查沙门氏菌、李斯特菌、诺如病毒等 300 + 种致病原。2023 年欧盟通报的某批次进口奶粉污染事件中，荷兰国家食品研究所通过 mNGS 在 2 小时内确定污染菌为罕见的鹑鸡肠球菌变种。
（四）农业与兽医：畜禽健康的 "基因哨兵"
在猪场非瘟防控中，mNGS 可检测到低载量病毒（10^2 拷贝 /mL），比 PCR 提前 3 天预警；在水产养殖中，能精准识别对虾白斑综合征病毒（WSSV）、锦鲤疱疹病毒（KHV）等病原，避免盲目用药。美国农业部 2024 年数据显示，采用 mNGS 的养殖场，抗生素使用量平均减少 40%。
四、技术优势：重新定义病原检测的 "金标准"
传统方法mNGS核心差异培养法无需培养检出率提升 60%，覆盖 99% 已知病原单靶标 PCR无偏倚测序一次检测识别 2000 + 种微生物血清学检测直接检测核酸避免窗口期漏检，早于抗体产生 7-10 天形态学鉴定分子水平鉴定精确到亚型（如新冠病毒 Delta/Omicron 变异株）尤其值得关注的是，mNGS 对 "未知病原" 的发现能力：2018 年深圳儿童医院通过 mNGS 首次在国内检出人类博卡病毒 3 型，2021 年军事医学科学院从发热患者中发现新型布尼亚病毒变异体，这些突破改写了临床认知。
五、挑战与未来：在争议中走向成熟
（一）技术瓶颈：
宿主核酸干扰：脑脊液等低微生物载量样本需进行宿主 DNA 去除（如 Tn5 转座酶法），成本增加 30%污染控制：实验室环境中的微生物（如支原体、人类疱疹病毒 6 型）可能导致假阳性，需建立严格的质控体系（如空白对照、阴性对照）数据分析门槛：需配置高性能计算集群（如 100TB 存储、GPU 加速服务器），基层医院难以负担六、伦理与社会：技术进步中的冷思考
当 mNGS 能检测到样本中 0.01% 的病原体核酸，我们不得不面对新的伦理问题：
过度诊断风险：检出低载量条件致病菌是否需要治疗？隐私保护：样本中的人类基因组数据如何避免泄露？生态影响：环境 mNGS 是否可能暴露地区微生物指纹，引发生物安全风险？2024 年《自然・生物技术》发表的伦理指南建议，建立 "病原体风险分级数据库"，对高致病性微生物（如埃博拉病毒）的检测结果实施分级报告制度，在技术创新与风险控制间寻找平衡。
结语：开启微生物检测的 "基因组时代"
从列文虎克首次通过显微镜观察到细菌，到宏基因检测实现微生物组的全景解码，人类对病原的认知经历了从 "模糊画像" 到 "高清 3D 建模" 的跨越。这项技术不仅是实验室里的精密仪器，更是连接基础研究与临床应用的桥梁 —— 当 mNGS 报告上的一串串碱基序列，转化为感染患者的精准治疗方案，转化为疫情防控的关键决策依据，转化为食品安全的坚固防线，我们便真正理解了其价值：它不仅是技术的突破，更是人类面对微生物世界的一次认知革命。
正如微生物学家卡尔・乌斯所言："我们的世界是微生物的世界，而宏基因检测让我们第一次看清了这个世界的全貌。" 在病原微生物与人类的永恒博弈中，mNGS 正成为我们手中最锋利的武器，帮助我们在复杂的微生物丛林中，精准识别敌人，守护生命健康。随着技术的迭代与应用的普及，这个曾被视为 "高端小众" 的检测手段，终将成为病原检测的 "标准配置"，开启微生物诊断的基因组时代。
来源：医学顾事
