病原体基因组监测（服务）

01概览与价值链#

标记 EC: IHR（2005）+ 欧盟 HERA 生物安全框架 | OECD: Biotech-health | Regulator: FDA（美国）、EMA（欧盟）、NMPA（中国）

病原体基因组监测大规模测序病原体基因组，以追踪病毒与细菌演化、检测新发变异株并绘制传播链，为公共卫生响应决策提供比单纯病例数报告更快的支持。Ginkgo Bioworks 的 Concentric 平台运营 CDC 的旅客基因组监测项目，对来自国际旅客的合并鼻拭子与污水样本进行测序，已扩展至包括迈阿密与芝加哥在内的新机场，并与 Illumina 合作在全球部署生物监测技术，包括与卢旺达政府的合作。Oxford Nanopore Technologies 的便携式 MinION 测序仪支持疫情期间的实时现场测序——其已发布的猴痘病毒测序工作流程是该技术此前应用于埃博拉与新冠疫情响应的当前案例之一。Wellcome Sanger Institute 与英国健康安全局（UKHSA）合作运营英国国家宏基因组病原体监测项目，并已在欧洲临床微生物学与感染性疾病大会（ESCMID）上分享初步监测数据。华大基因在中国运营大规模病原体基因组测序基础设施，该设施于新冠疫情期间建成，并作为国家传染病响应能力的一部分持续运作。在印度，Rajiv Gandhi Centre for Biotechnology 已被选定为国家宏基因组综合征监测的二代测序中心。

病原体基因组监测的关键方向：

1. 旅客基因组生物监测（Traveler-Based Genomic Surveillance）： 对国际旅客或边境口岸的合并样本进行测序，在临床病例报告发现之前检测新发变异株——Ginkgo Bioworks 的 Concentric、CDC 机场项目。
2. 便携式现场测序（Portable Genomic Sequencing）： 直接部署于疫情现场的紧凑型测序仪，无需将样本运往中心实验室即可获得实时基因组数据——Oxford Nanopore Technologies。
3. 国家级宏基因组监测项目（Metagenomic Pathogen Surveillance）： 政府合作的测序项目，为一国公共卫生系统提供常设病原体基因组学基础设施——Wellcome Sanger Institute/UKHSA、Rajiv Gandhi Centre for Biotechnology。
4. 大规模测序基础设施（Genomic Surveillance Infrastructure）： 为疫情响应建设并作为持续监测能力保留的高通量国家测序产能——华大基因。

行业价值链#

[样本采集（临床/旅客）] ──> [测序（便携式或集中式NGS）] ──> [生物信息学谱系/变异判读]
                                        │
                              （公共卫生报告与预警）
                                        │
                                        ▼
[国际数据共享与协调] <─── [疫情响应决策] <─────┘

价值链层级#

该行业的跨领域技术：

• 旅客生物监测（Traveler-Based Genomic Surveillance）： 在国际交通枢纽进行合并采样，可在新发变异株出现于本国临床病例数据之前将其捕获。
• 便携式纳米孔测序（Portable Genomic Sequencing）： 紧凑、可现场部署的测序仪直接在疫情现场生成基因组数据，省去了运往中心实验室所需的周转时间。
• 国家级宏基因组基础设施（Metagenomic Pathogen Surveillance）： 常设的政府合作测序中心提供持续的病原体基因组学能力，而非一次性的疫情响应动员。

02美国#

美国通过与 CDC 合作的私营部门平台支撑旅客基因组生物监测，不断扩大机场覆盖范围与国际部署。

Concentric by Ginkgo、CDC、Illumina#

• Ginkgo Bioworks（Concentric）： 运营 CDC 的旅客基因组监测项目，对国际旅客的合并样本进行测序，该项目近期已扩展至包括迈阿密与芝加哥在内的新国际机场。
• 与 Illumina 的合作： Concentric by Ginkgo 与 Illumina 合作在国际范围内部署生物监测技术，包括与卢旺达政府的合作，支持全球卫生安全。
• FDA/CDC 框架： 美国的病原体基因组监测主要作为与公共卫生部门合作的服务运作，而非受 FDA 监管的诊断产品，受 CDC 项目要求及 IHR（2005）国际报告义务约束。

03中国#

中国运营在新冠疫情期间建成的大规模病原体基因组测序基础设施，以华大基因为代表。

华大基因、NMPA#

• 华大基因（BGI Genomics）： 在中国运营大规模病原体基因组测序基础设施，该设施在新冠疫情响应期间扩建，并作为国家传染病基因组监测常设能力的一部分持续运作。
• NMPA 框架： 中国的病原体基因组监测测序在国家公共卫生体系及 NMPA 针对传染病诊断与报告的监管框架内运作。

04欧盟#

英国通过国家宏基因组监测项目与全球性便携式测序技术平台，共同支撑欧洲的病原体基因组监测能力。

Wellcome Sanger Institute、Oxford Nanopore、UKHSA#

• Wellcome Sanger Institute： 与英国健康安全局（UKHSA）合作运营英国国家宏基因组病原体监测项目，并已在欧洲临床微生物学与感染性疾病大会（ESCMID）上分享初步监测数据。
• Oxford Nanopore Technologies： 其便携式 MinION 测序仪支持现场实时基因组监测，已发布的猴痘病毒测序工作流程展示了当前的疫情响应部署情况。
• UKHSA/欧盟 HERA 框架： 英国的病原体基因组监测在英国健康安全局病原体基因组学项目下运作，并与欧盟健康应急防范和响应管理局（HERA）更广泛的生物安全框架及《国际卫生条例》（IHR 2005）报告要求相衔接。

05领先企业与研究机构#

06技术栈与创新#

该技术栈将测序硬件（便携式与集中式）与生物信息学谱系判读流程及公共卫生报告工作流相结合，将原始基因组数据转化为可执行的监测信号。

1. 旅客生物监测（Traveler-Based Genomic Surveillance）：
   • Ginkgo Bioworks 的 Concentric 平台在机场现场合并来自国际旅客的鼻拭子与污水样本并进行测序，以在境外流行变异株出现于本国临床病例数据之前将其检出，目前已扩展至更多美国国际机场。
2. 便携式现场测序（Portable Genomic Sequencing）：
   • Oxford Nanopore Technologies 的 MinION 设备直接在疫情现场生成基因组序列数据，已发布的工作流程（包括针对猴痘的流程）支持无需将样本运往中心实验室的快速现场部署。
3. 国家级宏基因组监测基础设施（Metagenomic Pathogen Surveillance）：
   • Wellcome Sanger Institute/UKHSA 的合作，以及 Rajiv Gandhi Centre for Biotechnology 被指定为印度国家测序中心，两者都在建设常设的、政府合作的测序能力，而非一次性的疫情动员。
4. 大规模测序基础设施（Genomic Surveillance Infrastructure）：
   • 华大基因在新冠疫情期间建成的疫情规模测序产能，持续作为中国传染病基因组监测能力的一部分运作。

07价值链与生产管线#

病原体基因组监测服务的工业管线（IHR 2005 / 欧盟 HERA 生物安全框架）#

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 样本采集               │ ───> │ 2. 测序                   │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                   │
                                                   ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 公共卫生报告           │ <─── │ 3. 生物信息学与          │
│                            │      │    谱系判读                │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 疫情响应决策           │ ───> │ 6. 国际数据共享           │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

阶段 1：样本采集

临床标本、国际交通枢纽的合并旅客鼻拭子样本，或在活跃疫情现场采集的样本被收集以供测序。

阶段 2：测序

根据速度与基础设施需求，病原体基因组在便携式现场设备（Oxford Nanopore 的 MinION）或集中式高通量 NGS（华大基因、Wellcome Sanger Institute）上完成测序。

阶段 3：生物信息学与谱系判读

原始序列被组装并与已知病原体谱系及变异株数据库比对分类，判断其代表已知表征的毒株还是值得关注的新变异株。

阶段 4：公共卫生报告

谱系与变异判读结果近乎实时地报告给公共卫生部门（CDC、UKHSA、与 NMPA 相关机构、印度国家监测网络），以标记新发威胁。

阶段 5：疫情响应决策

公共卫生部门根据监测报告采取行动——发布旅行建议、更新疫苗毒株选择或部署控制措施——所用的基因组数据比临床病例数报告提前数天至数周。

阶段 6：国际数据共享

经验证的序列数据被存入共享的国际基因组数据库，以支持《国际卫生条例》（IHR 2005）及欧盟 HERA 生物安全机构等区域框架下的全球协调。