在扎克伯格旧金山总医院，医生们无法弄清坐在他们面前的这位 29 岁男子到底出了什么问题。这位病人是来自尼加拉瓜的一名身体健康的建筑工人，他正遭受着剧烈的头痛、复视和耳鸣的折磨。他的一部分面部也感到麻木。病因可能有很多种——从感染到中风、肿瘤或某种自身免疫性疾病。急诊科 (ED) 工作人员对该男子的大脑进行了磁共振成像扫描，进行了脊椎穿刺，并完成了一系列其他检查，但没有发现他大脑肿胀的明显原因——这种情况在医学上被称为脑炎。
最有可能的是某种感染。但究竟是哪种感染？目前有 19 项标准检测可帮助临床医生确定脑炎的病因，但它们只能检测最常见的感染；每年有超过 60% 的病例无法确诊。医生们检查了患者的脑脊液（它包围并保护着大脑），寻找莱姆病、梅毒和谷热等疾病的证据。但一无所获。因此，旧金山总医院急诊科的工作人员最终将最有可能的罪魁祸首确定为一种诊断：一种会导致脑部炎症但无法始终通过常规检测检测到的结核病 (TB)。医生给这位男士开了类固醇药物以减轻肿胀，以及一些抗结核药物，然后让他回家了。
然而，不久之后，他又回来了，症状和之前一样。这一次，医生们认为，这位生活一团糟的男子没有正确服药。（即使是那些有规律工作和作息的人也常常觉得服用结核病药物相当困难。）急诊科的工作人员又给他开了一张处方，让他离开了，但他一次又一次地回来——即使在他能够证明自己按时正确服药之后。每次就诊后，药物都会暂时有所帮助，但症状总是会复发。在那一年里，他的医疗费用达到了 58 万美元。最终，旧金山总医院求助于一项旨在揭示几乎所有神经系统感染病因的实验性测试。
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这项测试是附近加州大学旧金山分校研究人员的心血结晶，由神经学家迈克尔·威尔逊、生物化学家约瑟夫·德里西和传染病专家查尔斯·丘领导。该小组使用基因测序技术来识别脑炎或脑膜炎（脑膜，即大脑和脊髓周围的膜的炎症）患者的神秘疾病。这种所谓的宏基因组测试分析了脑脊液样本中发现的所有 DNA 和 RNA（meta 在希腊语中意为“超越”）。因此，任何不属于患者的 DNA 或 RNA——包括来自病毒、细菌、寄生虫或真菌的 DNA 或 RNA——都会在结果中显示出来。
如果操作得当，宏基因组测试可能会彻底改变脑部感染的诊断方式。大多数标准传染病检测都存在循环逻辑的因素。医生会针对他们怀疑可能导致问题的每种病菌开出单独的检测。但是，如果他们还没有进行检测，他们怎么知道是什么导致了问题呢？相比之下，宏基因组测序撒下了一张尽可能广泛的大网，这使其能够发现意想不到的或以前未知的病原体。“我们一次性检查所有东西，这有可能用一项测试取代无数的实验室测试，”丘说。
加州大学旧金山分校的团队对该男子的脑脊液样本进行了研究性诊断程序。“那时我们发现了蠕虫，”威尔逊说。基因测序和分析显示，DNA 来自猪肉绦虫。这位患者服用结核病药物后病情没有好转，因为他没有患结核病——他大脑里寄生着绦虫。
在尼加拉瓜和其他发展中国家，绦虫感染很常见，幼虫会迁移到大脑中——这种情况称为神经囊虫病。通常，这种感染会导致癫痫发作以及在 MRI 上很明显的大脑囊肿。然而，这个人两者都没有，这使得医务人员排除了神经囊虫病的可能性。“当这个人第一次就诊时，他们绝对想到了这一点，”威尔逊说。“但是当他们扫描他的大脑和脊髓时，没有发现囊肿。”他的病情会短暂好转，因为他们给他的类固醇药物暂时减轻了他大脑的肿胀，但结核病药物毫无用处，所以他很快就会再次复发。现在他们知道了病因，医疗团队立即开始给他服用驱虫药，这种药不能根除感染，但可以控制病情。“这非常容易治疗，”威尔逊说。“他现在状况很好。”
这位建筑工人是自 2016 年 6 月以来参与加州大学旧金山分校一项宏基因组测序研究的近 300 名患者之一。参与者包括因明显的神经系统感染且诊断不明而被加州及其他地区八家医疗中心之一收治的任何人。宏基因组测序与传统检测同时进行，以进行正面比较。
威尔逊及其同事希望证明他们的测试（今年夏天将更广泛地提供，价格约为 2400 美元）可以为困扰医生、加重患者病情并可能产生巨额医疗费用的各种医学难题提供一种高效可靠的解决方案。丘说，挑战在于理解输出结果。测序不会产生是或否的答案。该小组开发了一套标准程序，以便传染病医生能够轻松地查明最有可能的病菌是什么。
7 月 1 日，加州大学旧金山分校的研究小组将开始提供这项测试，作为面向更广泛人群的定制服务，以便美国乃至最终全球的医院和实验室都可以送检脑脊液进行分析。他们计划最终将宏基因组测试扩展到包括肺炎（肺部感染）和败血症（血液感染）——这两种疾病也常常引起诊断难题。
由犹他大学、Arup 实验室和初创公司 IDbyDNA 的研究人员开发的类似肺炎宏基因组测试也有望在今年夏天首次亮相。在这两种情况下，研究团队首先进行了大量工作，以使医生更容易理解测试获得的复杂而模糊的基因组信息。
这两项测试将是美国首批商业化的感染宏基因组测试，但它们只是一个日益增长的趋势的一部分。欧洲的两个学术团体最近推出了败血症测试。马萨诸塞州总医院的传染病医生、Sabeti 小组的博士后研究员安妮·皮安托多西说，哈佛大学计算遗传学家帕尔迪斯·萨贝蒂实验室的研究人员目前正在对一种类似的脑炎测试进行研究。她设想在未来几年内，未来的临床医生将能够回顾过去说，“这真是在我们诊断感染方面的一大进步。”