在扎克伯格舊金山總醫院，醫生們無法弄清坐在他們面前的這位 29 歲男子到底出了什麼問題。這位病人是來自尼加拉瓜的一名身體健康的建築工人，他正遭受著劇烈的頭痛、複視和耳鳴的折磨。他的一部分面部也感到麻木。病因可能有很多種——從感染到中風、腫瘤或某種自身免疫性疾病。急診科 (ED) 工作人員對該男子的大腦進行了磁共振成像掃描，進行了脊椎穿刺，並完成了一系列其他檢查，但沒有發現他大腦腫脹的明顯原因——這種情況在醫學上被稱為腦炎。
最有可能的是某種感染。但究竟是哪種感染？目前有 19 項標準檢測可幫助臨床醫生確定腦炎的病因，但它們只能檢測最常見的感染；每年有超過 60% 的病例無法確診。醫生們檢查了患者的腦脊液（它包圍並保護著大腦），尋找萊姆病、梅毒和谷熱等疾病的證據。但一無所獲。因此，舊金山總醫院急診科的工作人員最終將最有可能的罪魁禍首確定為一種診斷：一種會導致腦部炎症但無法始終透過常規檢測檢測到的結核病 (TB)。醫生給這位男士開了類固醇藥物以減輕腫脹，以及一些抗結核藥物，然後讓他回家了。
然而，不久之後，他又回來了，症狀和之前一樣。這一次，醫生們認為，這位生活一團糟的男子沒有正確服藥。（即使是那些有規律工作和作息的人也常常覺得服用結核病藥物相當困難。）急診科的工作人員又給他開了一張處方，讓他離開了，但他一次又一次地回來——即使在他能夠證明自己按時正確服藥之後。每次就診後，藥物都會暫時有所幫助，但症狀總是會復發。在那一年裡，他的醫療費用達到了 58 萬美元。最終，舊金山總醫院求助於一項旨在揭示幾乎所有神經系統感染病因的實驗性測試。
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這項測試是附近加州大學舊金山分校研究人員的心血結晶，由神經學家邁克爾·威爾遜、生物化學家約瑟夫·德里西和傳染病專家查爾斯·丘領導。該小組使用基因測序技術來識別腦炎或腦膜炎（腦膜，即大腦和脊髓周圍的膜的炎症）患者的神秘疾病。這種所謂的宏基因組測試分析了腦脊液樣本中發現的所有 DNA 和 RNA（meta 在希臘語中意為“超越”）。因此，任何不屬於患者的 DNA 或 RNA——包括來自病毒、細菌、寄生蟲或真菌的 DNA 或 RNA——都會在結果中顯示出來。
如果操作得當，宏基因組測試可能會徹底改變腦部感染的診斷方式。大多數標準傳染病檢測都存在迴圈邏輯的因素。醫生會針對他們懷疑可能導致問題的每種病菌開出單獨的檢測。但是，如果他們還沒有進行檢測，他們怎麼知道是什麼導致了問題呢？相比之下，宏基因組測序撒下了一張儘可能廣泛的大網，這使其能夠發現意想不到的或以前未知的病原體。“我們一次性檢查所有東西，這有可能用一項測試取代無數的實驗室測試，”丘說。
加州大學舊金山分校的團隊對該男子的腦脊液樣本進行了研究性診斷程式。“那時我們發現了蠕蟲，”威爾遜說。基因測序和分析顯示，DNA 來自豬肉絛蟲。這位患者服用結核病藥物後病情沒有好轉，因為他沒有患結核病——他大腦裡寄生著絛蟲。
在尼加拉瓜和其他發展中國家，絛蟲感染很常見，幼蟲會遷移到大腦中——這種情況稱為神經囊蟲病。通常，這種感染會導致癲癇發作以及在 MRI 上很明顯的大腦囊腫。然而，這個人兩者都沒有，這使得醫務人員排除了神經囊蟲病的可能性。“當這個人第一次就診時，他們絕對想到了這一點，”威爾遜說。“但是當他們掃描他的大腦和脊髓時，沒有發現囊腫。”他的病情會短暫好轉，因為他們給他的類固醇藥物暫時減輕了他大腦的腫脹，但結核病藥物毫無用處，所以他很快就會再次復發。現在他們知道了病因，醫療團隊立即開始給他服用驅蟲藥，這種藥不能根除感染，但可以控制病情。“這非常容易治療，”威爾遜說。“他現在狀況很好。”
這位建築工人是自 2016 年 6 月以來參與加州大學舊金山分校一項宏基因組測序研究的近 300 名患者之一。參與者包括因明顯的神經系統感染且診斷不明而被加州及其他地區八家醫療中心之一收治的任何人。宏基因組測序與傳統檢測同時進行，以進行正面比較。
威爾遜及其同事希望證明他們的測試（今年夏天將更廣泛地提供，價格約為 2400 美元）可以為困擾醫生、加重患者病情並可能產生鉅額醫療費用的各種醫學難題提供一種高效可靠的解決方案。丘說，挑戰在於理解輸出結果。測序不會產生是或否的答案。該小組開發了一套標準程式，以便傳染病醫生能夠輕鬆地查明最有可能的病菌是什麼。
7 月 1 日，加州大學舊金山分校的研究小組將開始提供這項測試，作為面向更廣泛人群的定製服務，以便美國乃至最終全球的醫院和實驗室都可以送檢腦脊液進行分析。他們計劃最終將宏基因組測試擴充套件到包括肺炎（肺部感染）和敗血症（血液感染）——這兩種疾病也常常引起診斷難題。
由猶他大學、Arup 實驗室和初創公司 IDbyDNA 的研究人員開發的類似肺炎宏基因組測試也有望在今年夏天首次亮相。在這兩種情況下，研究團隊首先進行了大量工作，以使醫生更容易理解測試獲得的複雜而模糊的基因組資訊。
這兩項測試將是美國首批商業化的感染宏基因組測試，但它們只是一個日益增長的趨勢的一部分。歐洲的兩個學術團體最近推出了敗血症測試。馬薩諸塞州總醫院的傳染病醫生、Sabeti 小組的博士後研究員安妮·皮安託多西說，哈佛大學計算遺傳學家帕爾迪斯·薩貝蒂實驗室的研究人員目前正在對一種類似的腦炎測試進行研究。她設想在未來幾年內，未來的臨床醫生將能夠回顧過去說，“這真是在我們診斷感染方面的一大進步。”