疾病检测的未来

2009年的《华尔街日报》技术创新金奖颁给了世界五百强企业之一的雅培制药和它的子公司Ibis Bioscience。他们开发出了一种新型检测设备，不仅可以让疾病防控人员更快地检测出病菌、病毒、真菌和原生生物这样的致病微生物，还能发现目前尚未被分类的新变种。这对于现在笼罩在层出不穷的新传染病和生物恐怖袭击的乌云下忧心忡忡的人们来说，无疑是一个好消息。

这种设备叫做Ibis T5000，粗看起来像是一堆零件随意地拼凑在一起。但是它的能力远比外表更引人注目：它能够将检测致病微生物的时间从数天缩短到几十分钟，全自动化运行，人们不需要经过太多的培训就可以使用，而且它还会打印出容易读懂的检测结果。

Ibis T5000是基于美国国防部的一项计划而开发出来的。这项旨在对生物恐怖袭击或大规模传染病进行快速反应，并且能将随之而来的损失降至最低的计划有一个响亮的缩写：TIGER。通过把在分子生物学领域已经发展成熟的PCR（Polymerase Chain Reaction）技术，与用于检测分析的质谱分析技术结合起来，TIGER计划找到了快速分析致病微生物的最好办法。T5000就是基于这两种技术而组合开发而成的。

PCR是聚合酶链反应的缩写，它是一种无细胞克隆技术，不像传统培养致病微生物那样需要活细胞作为载体，而可以针对特定的DNA片段在细胞外进行快速扩增，所需要的时间从过去的数天到数周缩短至数十分钟。这一方法由美国科学家凯利·穆利斯（Kary Mullis）在1985年发现，并且在1987年就实现了自动化。这一发现令穆利斯赢得了1993年的诺贝尔化学奖。迄今，PCR已经广泛应用到分子生物学研究的各个领域。

每次PCR过程都需要经过三个不同的温度阶段。在95摄氏度高温下，原有的DNA双链结构会受热变性成两条单链模板，然后在37到55摄氏度的低温下，被叫做“引物”的人工合成材料会与互补的单链模板结合，形成一部分双链结构。最后，当温度被提高到72摄氏度时，在一种特殊的耐高温酶的帮助下，补全所有的链条，形成两条DNA双链。这一过程有点类似于DNA体内复制的过程：解开双链，分别配对，最后形成两条DNA。每经过一次这样的过程，DNA数量就会变为原有的两倍。很容易计算出，经过30个循环，理论上1条DNA将会扩增到10亿条以上。即使在实际使用中，也可以得到数千万以上的DNA样本，数量大到足够对其进行分析。

T5000采用的分析方法是电喷雾质谱分析。把扩增后的样本溶液通过细管送进电喷雾室，在强电场的作用下，样品溶液形成的细小带电液滴将会向质谱计入口处漂移，而从入口吹来的干燥气体将会使液滴迅速蒸发，并且“浓缩”它表面的电荷浓度，直到形成体积极小而表面电荷极大的微液滴，这些液滴的电场强度大到足以解吸出离子。被解吸出的分子离子会被送入一个真空区，进行裂解而获得样品分子的碎片，从而得到分子的结构信息，进而确定DNA的碱基构成，得知这些DNA属于什么物种。在T5000上，这一切都是全自动进行的。

可以看出，在整个检测过程中，引物选择相当重要。有效的引物不仅应该能够帮助特定的DNA扩增，同时还应具有较高的效率。在对多种DNA的混合样本，例如空气、生物体进行检测时，更是如此。Ibis Bioscience公司设计了通用的引物，可以对许多种同属一个科的病毒同时进行检测；在对病菌检测时，甚至可以涵盖整个细菌域——连蓝藻、放线菌、衣原体、支原体、立克次体等都包含在内。它能够鉴定出某一样品中每个物种相对数量的多少，能够给出致病微生物的抗药性和毒性数据，还可以分析几乎所有类型的样本。而最令人激动的是T5000的高效率和它的探测性：当判断检验样本中是否具有某种已知致病微生物时，如果引物选择得当，只需要6次PCR扩增过程，就能精确分析到种的级别；而当引物被设计成可以扩增样本中的所有已知个体时，那些从来未被鉴定过的个体也会被探测到——就像计算机上的杀毒软件发现了未知的新病毒一样。

从2006年制造出Ibis T5000生物感应系统开始，Ibis Bioscience公司就一直在改进这种设备。雅培公司对这种新设备非常感兴趣——在2008年年中向Ibis投资4000万美元，在年末更是抛出1.75亿美元，将Ibis从Isis制药公司手中完整地买了过来。雅培公司发言人谈到：“一旦交易结束，我们将可以进一步开发该技术，因此，我们计划将这一技术进行商业化推广。”

对于Ibis和雅培公司两方来说，这都是一件好事。Ibis获得了大量现金，可以将精力集中在产品供应和研发上，而雅培公司则可以更好地推广T5000。

虽然目前T5000还没有通过审批，只能用于小范围的科研使用而不能真正走入医院，但是这并不能降低人们对它的期望。很显然，这样一台快速、全自动化、分析准确度高而且适用范围广的致病微生物检测设备，是永远不愁销路的。2009年如同暴风般席卷全球的甲型H1N1，最早就是由一台T5000检测出的；而它基于数字化呈现致病微生物特点的方式，显著减小了比较不同地区采集的致病微生物的难度，这将会给病源追踪、流行病学调查等工作带来巨大的变化。

除此之外，T5000还有其他许多普遍的用途。基层医院可以用它来进行大众健康检测，疾病防控中心可以用它来检测新病毒的出现和传播，甚至在制药工业和食品安全等领域，它都能够找到用武之地，甚至有可能会成为人们检测致病微生物的标准工具。它所特有的简便、快捷的检测技术，也许会像抗生素一样，彻底改变医疗保健行业的未来。