澳门永利MALDI-TOF MS技术解决微生物中的丝状真菌鉴定难问题

对于绝大多数的微生物检测有一个绕不开的环节,那就是标本处理和培养。需要首先对样本进行预处理,根据涂片染色的结果选择合适的培养基分离培养。然后根据菌落特点,选择适当的生化反应或者自动仪器鉴定。药敏检测则采用纸片法或直接上自动化仪器分析。

中国化工仪器网
行业动态】
近期迪安诊断牵手国际质谱龙头丹纳赫子公司SCIEX,安图生物发布新产品微生物质谱,质谱到底是什么?主要应用在什么领域?哪些企业将是优先布局者?哪些企业有望首先分享这个市场?
本文作为市场首篇质谱行业报告,我们将和您一同探讨这个市场的潜力。我们认为质谱有望成为诊断市场中的下一个“基因测序”,是具有很大市场空间的平台型技术。2018年有望成为中国质谱行业发展元年,先布局的企业如迪安、安图、金域等有望成为吃螃蟹的人,分享这个潜在的大的新技术市场。
一、技术已经成熟,市场拓展在即
临床质谱,诊断中的下一个“基因测序”,技术已经成熟,市场拓展在即。临床质谱检测高灵敏度、高特异性、重现性好,兼具高通量、率和低成本,可在临床多个领域对传统诊断方法学进行部分替代,我们认为目前临床质谱检测发展类似于基因测序的早期发展阶段,在诊断领域与其具有同等重要的地位:1、临床应用的探索与开发仅十年左右,主要由第三方检测服务推动;2、可应用于多个领域的平台化技术,且与大数据积累关联性强;3、设备技术壁垒高,操作专业性强,行业处于寡头垄断格局。
二、临床应用增速有望超20%
美国临床质谱占检验比重15%,中国潜在市场300亿。全球市场质谱产品临床应用有望实现20%以上增速
,其中美国临床质谱市场占医学检测市场15%,且占比仍在持续扩大,中国临床质谱仅占医学检测市场不到1%,我们按15%占比预测,国内临床质谱中期潜在空间300亿元,长期市场有望继续扩容。考虑到国内临床质谱相关政策有望在短期完善出台,多家质谱仪及相关试剂盒有望于2018年陆续获批,我们预计2018年有望成为中国质谱行业快速发展的元年。
三、先商业化的三大领域
微生物鉴定、新生儿筛查和维生素检测是国内临床质谱先商业化的三大领域。其中微生物鉴定由外企主导已经开始对传统方法学进行替代,质谱设备出厂口径市场规模大约
24亿元;新生儿筛查和维生素检测逐步开展,新生儿筛查在部分省市已有单独定价,终端口径潜在市场约30亿元,维生素检测暂无明确单独定价和管理办法。
四、投资建议
国外临床质谱处于快速发展阶段,国内临床质谱还处于发展早期,不管是新增市场还是对传统方法学的替代,均存在大量的空白市场,综合目前国内政策背景和产品布局情况,我们认为2018年有望成为临床质谱发展元年,布局的企业有望分享行业的快速增长,重点推荐自主研发或合作开发进度较快的迪安诊断,安图生物和金域医学,同时建议关注积极布局质谱的华大基因、博晖创新。
风险提示。产品研发失败风险,产品市场推广不利风险,市场测算局限性风险。
编辑点评
临床质谱检测高灵敏度、高特异性、重现性好,兼具高通量、率和低成本,可在临床多个领域对传统诊断方法学进行部分替代。2018年有望成为临床质谱发展元年,布局的企业有望分享行业的快速增长。
(原标题:临床质谱检测行业:诊断领域中的 另一个“基因测序”)

黑曲霉在SDA平板上生长2天和8天获取的图谱

4。 研发投入持续高增长带来表观净利润不及预期。

反观NGS在微生物领域额应用,目前全球还没有相关领域的注册试剂获批。国外是通过LDT的方式开展。国内目前处在方法学的标准品验证阶段。由中检院负责,华大基因、博奥生物、达瑞生物和赛哲生物四家公司是第一批参与标准品验证的行业玩家。其中华大基因用自己的BGISEQ测序平台,博奥生物、达瑞生物两家用Thermo
Fisher的NGS平台,赛哲生物用的是Illumina平台。

MALDI-TOF
MS这一技术自应用于微生物以来,其技术的成熟度和商品化程度迅猛发展令人咂舌。今天当一位临床微生物工作者说出“鉴定结果来自质谱”时,已经不再是带有些许的怀疑,而是成竹在胸的自信。成本低廉、操作简单、快速而准确已经使得质谱技术成为微生物发展中不可阻挡的一股趋势。

时间

目前国内仅梅里埃和BD两家外企,及北京毅新博创的微生物质谱获得CFDA认可。虽然外企大范围市场推广时间较短,市场总装机量不超过400台,但是根据2016年检验医学网的数据,2015年在细菌鉴定和药敏检测中,梅里埃的质谱仪已达到了2%的市占率,增长迅速。总体来看占据主导地位的还是梅里埃和西门子的传统检测系统,目前合并统计后生物梅里埃在细菌鉴定和药敏检测中市占率高达61.1%,西门子紧随其后为26.7%。

即使在这样的潮流下,也并非所有的事情都是那么一帆风顺的。比如对于微生物中的丝状真菌,应用于质谱鉴定并非一路坦途。

简评

二者有几个明显优势:1、速度快,例如质谱的检测时间以分钟计,可实现高通量检测。2、省去样品培养环节,无法培养的微生物也可以检测。目前最多均可检测多达2000余种病原微生物,远高于传统的152种。
3、试剂耗材相对传统使用较少,成本主要是测序仪、质谱仪设备投入。

另一方面,专利性的丝状真菌提取技术能够在保证生物安全的同时,实现高效率的蛋白提取,获得高质量的蛋白图谱。

公司于2017年9月即向市场推出Autof
ms1000微生物质谱鉴定系统,近日正式通过食药监局注册审批,可以在国内临床诊断市场销售。根据国内检验年会数据,安图Autof
ms1000质谱诊断系统性能已超出进口品牌,并在国内权威检验机构北京协和医院检验科、上海临床检验中心等成功使用,上市将打破进口品牌在这一领域的绝对垄断。我们初步测算微生物质谱鉴定市场存量空间将超过50亿元,产品上市销售将对公司业绩产生积极影响。

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关键问题一,从原理上来看,丝状真菌的鉴定和细菌并无不同,此处省略1000字并再次脑补MALDI-TOF
MS的原理过程̷̷

3。新产品研发和上市进度不达预期;

由于病原微生物分布流行情况不同,这些公开数据库不能完全满足临床检测需求。实验室在原有数据库基础上需补充建立本地病原微生物的质谱指纹图谱库,提高鉴定成功率。

需要注意!

另一方面,国内高技术诊断仪器如全自动流水线、测序仪、微生物质谱、高性能生化仪、化学发光免疫检测仪等主流市场都是进口品牌占据。微生物质谱成功上市,也进一步验证公司在体外诊断高技术仪器方面的优秀研发能力,未来公司在自动化流水线、分子诊断、基因测序等领域的诊断仪器研发值得期待。

有两个关于人体微生物组的奠基性研究,一个是人类肠道宏基因组计划
MetaHIT,由欧盟发起,8个国家14个研究机构参与。华大基因承担了其中关键的测序与分析工作,从2008年1月1日到2012年6月30日,构建了第一个肠道微生物基因集,包含330万个基因,是近年来肠道微生物研究的里程碑。另一个是由美国国家卫生院发起的人类微生物组计划。从2008年到2013年,采集了人体各个部位共超过5000份样本进行了测序和深入的分析,绘制了人体相关的微生物图谱,并破解了3000种微生物前基因组,初步建立了人体共生微生物参考数据库。

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质谱补齐微生物诊断产品管线,高技术产品提升公司品牌

NGS和质谱的临床应用均未被完全开发,未来仍有较强的平台延展性。基因检测通过对疾病的本质与起源进行检测分析,获得最精确的诊断结果和最合适的治疗方案,临床上可以用于妇幼、肿瘤、遗传病等多个领域。而质谱可以直接对体内各种物质及其代谢产物进行定量检测,全程对疾病的诊断、治疗、预后进行监测,目前已经应用于妇幼、感染、遗传病等领域。基因测序需要通过大数据分析获得结果和疾病的相关性,而质谱需要的则是不断完善数据库,以提高检测结果的准确性。

其中包括了毛霉、双相真菌、皮肤真菌、暗色真菌、曲霉及其他潜在的病原菌。

微生物质谱检测市场空间超过50亿元

针对每一类生物的主要marker序列都有相应的数据库以方便比对鉴定。如
RDP数据库、SILVA数据库、Greengenes数据库、 PR2数据库等等。

在外部临床实验中总共检测了1519株丝状真菌,达到了91%的正确鉴定率²,这显然已经完全达到了临床诊断的要求。

国内质谱市场上,仪器设备几乎被国外公司垄断,目前主要为Bruker、VITEK
MS两家公司,预计装机量在400台左右。从国家战略角度考虑,我国会考虑数据的安全性和菌株安全性,一旦国产的MALDI-TOF技术过关,国产的MALDI-TOF将具有很大的机会。安图Autof
ms1000的正式上市打破在这一领域的进口垄断,与进口品牌相比,安图各项性能并不输于主要进口品牌,在微生物质谱鉴定的核心指标:鉴定菌种数、报告时间、检测准确性上均优于现有品牌,在临床试用过程中已得到国内权威机构北京协和医院检验科、上海临检中心等机构的初步认可。

目前梅里埃和BD的产品均可以鉴定2000多种微生物,安图生物在微生物检测领域积累20多年,已开发出具有自主知识产权的中国本土化微生物菌株数据库,可鉴定超过1500种微生物。

2018年10月,VITEK
MS获得FDA临床实验验证的菌种数量已经达到401种,而其中丝状真菌达到了47种;成为目前唯一通过FDA认证的可用于丝状真菌的MALDI-TOF
MS系统!

微生物质谱正式获批,打破进口高技术产品垄断

基于NGS与质谱技术的微生物检测数据分析方法具有无需预先培养样本、灵敏度高、能够检测未知的微生物的特点,为疾病防控和生物食品安全提供了新的解决方案。

值得注意的是,VITEK MS
IVD数据库中的丝状真菌已经超过了100种,但这其中仍然有一部分因为临床试验中没有分离到足够的菌株而尚未获得FDA的认证。

安图生物公司5月2日晚间公告,全资子公司安图实验仪器有限公司全自动微生物质谱检测系统Autof
ms1000获得河南省食品药品监督管理局注册批准。

质谱技术在临床微生物菌种鉴定领域的应用,除了技术本身,更重要的是依赖于质谱菌种鉴定数据库。因此,数据库中图谱的质量、数量都将直接影响鉴定的成功率与准确率。由于病原微生物分布流行情况不同,实验室在原有数据库基础上可补充建立本地病原微生物的质谱指纹图谱库,提高鉴定成功率。

日本科学家当田中耕一因发现‘生物大分子的软电离技术’而获得2002年诺贝尔化学奖时,他一定没有预想到,短短十几年时间,这一技术能够在微生物领域带来如此巨大的变革。

微生物质谱检测目前受限于昂贵的仪器价格,一次性投入成本高,在国内临床微生物检验中的应用也刚刚起步。根据2016年卫生统计公告,我国目前有三级医院2232家,其中三甲1308家,二级医院7944家,其中二甲医院超过3000家。根据行业专家看法,预计未来三级医院检验科大部分都会配备MALDI-TOF,发达地区的二级医院也有引进实力,我们简单测算装机需求在1971台。同时微生物质谱还可以在疾控中心、海关、检验检疫、科研机构等多个单位使用,应用场景广泛,保守估计装机总量超过2500台,我们按终端销售单价200万元计算,市场规模为50亿元。

你可能知道,“抗生素滥用”在中国很普遍。改变这个现状就要靠微生物检测。2011年卫生部颁布了史上最苛刻的《抗菌药物临床管理办法》,把微生物检测的地位提到了前所未有的高度。

2012年,VITEK
MS成为史上第一台获得FDA认证的微生物质谱鉴定系统,从此质谱的临床应用开启了全新的时代。

安图生物发展思路清晰,技术升级与市场需求匹配的节奏把握能力优秀,未来化学发光、自动化流水线、微生物质谱等高技术产品销售拓展公司成长空间,长期内生高速增长的确定性强。此次微生物质谱获批将有利于提升公司在微生物诊断领域的技术实力和品牌形象,预计将对公司业绩产生积极贡献。我们预计2018-2020年盈利分别为
6.05亿、8.17亿和10.94亿元,同比增长35.6%、35.0%和33.8%,对应2018-2020年每股收益为1.44、1.95
和2.60 元,当前股价对应2018-2020年分别为45X、33X 和25X
PE,维持给予买入评级,2018年给予50倍PE,6个月目标价为72元。

只有通过培养得到的各类致病菌,也就是阳性标本,才会做进一步的鉴定和药敏检测。在欧美细菌培养的阳性率在35%左右;根据《中国体外诊断产业发展蓝皮书2015年》发布数据,我国阳性率比较低,只有20%-30%。

而随着丝状真菌感染越来越受到临床的关注,质谱鉴定的方法已经成为临床工作中必不可少的选项,在这一领域中,VITEK
MS再次走在了前列。

微生物质谱技术契合临床微生物诊断需求

染色法、培养法是基于传统的涂片镜检,在显微镜下观察变化。培养法的技术是微生物培养、鉴定和药敏检测,也是微生物检测技术中最为重要和成熟的部分。而非培养法是基于酶生化反应,利用微生物繁殖过程中产生的特异性酶与一显色底物发生显色反应而实现检测,主要适用于细菌性阴道病检测。

不论是产品研发还是临床应用,丝状真菌在谱上的鉴定似乎注定要经历更多的时间和坎坷,而当下微生物工作者在这个问题上似乎仍然更依赖于形态学鉴定,纵使遇到难题时首先也是考虑测序的方法。

盈利预测及投资评级

2016年初,之江生物发布公告称出资 50 亿韩元,约合 2,750
万元人民币,认购韩国 ChunLab公司390,625
股新增股份,增资后之江生物持有后者
12.93%的股权。ChunLab公司拥有一个庞大的、非公开的微生物数据库。我们预测之江生物的这个布局意味着即将会在微生物检测领域有所作为,也为未来业绩增长创造了很好的先发优势。

为什么目前只有VITEK MS的丝状真菌鉴定能够通过FDA的严苛考评呢?

安图微生物质谱打破进口垄断,具有明显竞争优势

微生物检测主要用于辅助诊断,百亿级市场市场空间,潜力很大

另一个问题是丝状真菌的前处理和一般细菌以及酵母样真菌不同,通过基质液甚至是甲酸处理并不能有效破坏其细胞壁并充分获取其蛋白。这是因为丝状真菌的细胞壁中包含一种叫几丁质的物质,该物质同样存在于昆虫的甲壳中,它不能被普通的有机溶剂所溶解。这也是为什么很多实验室按照一般的提取流程,所获得用于分析的蛋白波峰非常少,从而导致鉴定失败。

文章来源:快资讯

基于NGS和质谱的微生物检测技术为行业变革带来契机

对于鉴定失败的情况,一方面可能是由于数据库中确实不包含该菌种,另一方面可能数据库中包含该菌种,但在临床工作中分离出的临床菌株因为和建库菌株间的异质性而不能很好的匹配,导致没有鉴定结果。

2。流水线与质谱仪新技术产品销售不达预期;

通过NGS或者质谱平台拿到序列后,面临的一个重要问题就是:选择什么数据库进行比对才能得到较好的分类鉴定结果呢?数据库中图谱的质量、数量都将直接影响鉴定的成功率与准确率。如原核的16S
rDNA序列,真核的18S rDNA序列、ITS序列等。

正如前文所述,一方面梅里埃为VITEK
MS的数据库开发提供了强大的菌株库,作为拥有全球最大的菌株贮藏机构之一,在丝状真菌的建库上选择了多株有代表性的菌株,同时经过不同的培养条件、培养时间及不同的操作人员获取图谱并通过权重矩阵的算法实现对普遍性的覆盖。

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微生物检测属于IVD的一个细分领域,是对感染性疾病的病原体或代谢物进行检测分析,在临床上通常用于辅助诊断,判断感染类型、指导用药,鉴定环节越准确,诊断结果和治疗方案选择越恰当。如果没有微生物检测,医生倾向于过度用药,或重复试药,可能导致微生物耐药性或病情延误。

丝状真菌质谱鉴定的复杂性正体现在此,由于丝状真菌本身的蛋白成分相比细菌更加复杂,加之培养条件、菌丝体大小、产孢情况的不同,也会导致丝状真菌的蛋白图谱会发生较大的差异变化,这显然给质谱的鉴定带来了一定程度的挑战。因为试图通过少量菌株的图谱来“演绎”所有菌株可能性的情况并不现实,这种蛋白表达上的“质”和“量”的变化是难以预测的。而可能的一个解决途径则是尽可能收集不同来源的菌株和不同培养条件下获得的图谱,通过“归纳”的方法将所有蛋白特征进行整理,以期覆盖该菌种的普遍性特征,并满足临床鉴定的需要。

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目前,微生物实验室使用的检测产品大部分以传统方法为基础。传统检测方法分为染色法、培养法、非培养法三种。目前常用的方法为生化原理检测,先判断革兰式阴性还是阳性,再根据形态、酶反应、显色等不同方法,将具体微生物种类鉴定出来。

然而必须要强调的是,对于微生物的质谱鉴定,一个足够丰富、有组织性的数据库才是真正重要的关键条件。这也是在某些数据库中的一个显著短板,即对于真菌,尤其是双相真菌和丝状真菌难以获得一个令人满意的结果,这些质谱系统要么是鉴定出一堆不相关的低分辨结果;要么由于分值太低而鉴定失败。

国内临床微生物检验市场规模约30亿元,占总IVD市场的5%左右。由于早期主要以形态学检测为主,市场规模偏小,该领域目前主要以外资品牌为主,主流生产厂商包括生物梅里埃、碧迪等;安图生物微生物产品早期主要是各类培养平板,2014年起公司微生物产品线迅速拓展,主要新增产品包括自动化血培养系统及配套血培养瓶、E-test快速药敏试纸条等,2017年销售规模预计在1.5亿元左右。现在公司发布微生物检验高端产品飞行质谱Autof
ms1000,微生物检测产品得到补全并升级。此外,公司还将研发小型化的微生物鉴定质谱产品,以期进一步降低质谱终端销售价格,使得未来县级医院和部分基层医院也能够使用快速便捷的质谱鉴定系统。

所谓标准品是行业对NGS方法学,即测序平台的验证。由中检院“出题”,构建一个由1000多种基因组成的样品“黑箱”,四家受试者在各自的平台上分析。检测准确度达到一定标准的,就把这种检测平台作为方法学的标准品,后续可以在这个平台上开发产品。毫无疑问,通过率先通过标准品验证的公司会在行业建立先发优势。

感染类疾病治疗过程中,病原微生物快速和准确的鉴定是临床治疗的基础,传统的微生物诊断技术包括:涂片镜检、分离培养、血清学检测、分子生物学检测等。近年来,随着质谱技术的快速发展,离子源技术及质量分析器技术的变革,质谱仪成为微生物诊断领域一种非常有效的分析工具。MALDI-TOF
MS即基质辅助激光解析电离飞行时间质谱,是一种新型的软电离生物质谱技术,在微生物鉴定过程中展示出极大优势。质谱分析作为高端定量检测分析,在检测的灵敏度、特异性、分析速度、多指标同时检测等方面有非常强的优势,临床上可实现对部分传统检测方法的技术替代,2016年10期《中国医院感染杂志》已正式发表了《中国临床微生物质谱应用专家共识》。

不管是NGS还是临床质谱检测,临床应用的探索与开发仅有十年左右。NGS龙头Illumina于2010年推出Hiseq2000
奠定其行业领先地位,同年NIPT开始初步应用于临床,至今NIPT仍然是NGS最成熟的商业化应用。而在临床质谱领域,目前全球应用相对成熟的微生物鉴定,从开发至今也不到十年。

1。行业竞争加剧,产品价格大幅下滑;

总结下来,传统微生物检测方法有三个方面的问题。一个是样品培养导致检测时间长,传统生物检测时间短到几小时,长到几天都有可能。二是鉴定出来的种类有限,准确度一般。上面已经说过的细菌培养阳性率很低,而且可培养的细菌数量只占病原微生物很小的比例。第三是流程较复杂,离不开人工干预,尤其是样本处理和培养阶段很难用自动化仪器取代。

数据库是微生物NGS、质谱检测的核心壁垒

传统微生物检测方法在检测时间、可检测的微生物数量、灵敏度等方面存在很多不足。

我国医疗机构常规临床微生物检测项目有7类,152项,主要包括八大类:真菌、放线菌、螺旋体、细菌、立克次氏体、衣原体、病毒和支原体。其中细菌检测81项,占比为52.5%。

华大基因的一位从业人员认为,临床微生物检测的市场空间达到400亿元。2015年,全球范围内微生物检测占IVD行业份额为18%,在众多细分领域中仅次于POCT,临床对于微生物检测的需求日趋增长。

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