美国GenomeTrakr实验室的食源性病原体监测与经济投资回报估算

《Journal of Food Protection》：Foodborne Pathogen Surveillance and Economic Return on Investment Estimates for U.S. GenomeTrakr laboratories

　　

全基因组测序（WGS）已被证明是食源性疾病监测和暴发调查中的宝贵工具，因为其提供了比传统分子分型方法更高的分辨率。然而，使用该技术需要初始和持续的资金投入。在本研究中，研究人员进行了一项盈亏平衡研究，随后进行成本效益分析，以估算参与美国GenomeTrakr计划的国内实验室中使用WGS进行食源性病原体监测的投资回报（ROI）。所有提交成本估算的实验室均显示出正ROI，表明避免的医疗费用价值超过了其所在地区建设基因组学能力的成本。研究人员还描述了一种新开发的软件工具，旨在帮助国内合作伙伴量化其WGS活动的经济价值。该公开可用的网络应用程序计算三种病原体（沙门氏菌属Salmonella、李斯特菌Listeria和产志贺毒素大肠杆菌Shiga toxin-producing Escherichia coli）的年度成本（总成本和每样本成本）以及效益成本比。该应用程序引导用户完成所需的数据输入步骤，以便其独立估算ROI，结果汇总后可下载。该工具允许用户根据其输入的数据（包括每年测序的分离株数量和WGS相关成本）量化其WGS活动的效益。通过展示基因组监测的切实价值，本研究为增强食品安全和公共卫生响应所需的持续投资提供了有力论据。这些经济影响工具的传播和应用将极大地有助于生成所需的定量证据，以确保对这些系统的持续支持。研究人员鼓励进一步开发并传播此类工具，以支持旨在改善食品安全和公共卫生的区域和全球估算。

**论文解读：美国GenomeTrakr实验室全基因组测序监测的经济投资回报分析**

### 研究背景
食源性疾病在全球范围内造成巨大的经济负担和公共卫生压力。世界卫生组织（WHO）估计，全球每年约6亿人患病，42万人死亡；世界银行估算，低收入和中等收入国家每年因食源性疾病损失1100亿美元的生产力和医疗费用。在美国，食源性疾病每年造成的成本超过750亿美元。全基因组测序（Whole-genome sequencing, WGS）因其高分辨率，已成为食源性疾病监测和暴发调查的关键工具，能够快速识别污染源、减少污染产品的流通时间，从而降低发病率和死亡率。然而，WGS技术的实施需要持续的资金投入，包括设备、耗材、人员和基础设施。尽管已有研究证明WGS监测的经济效益，但区域性的、基于实验室层面的成本效益数据仍然缺乏，这限制了决策者优化资源配置和维持资金支持的能力。因此，开展本研究旨在量化美国GenomeTrakr实验室中WGS监测的投资回报（Return on Investment, ROI），为食品安全和公共卫生投资提供依据。

### 研究人员开展的研究
本研究由美国食品药品监督管理局（FDA）人类食品计划的研究人员牵头，联合多个州立和学术实验室，收集了2024年7月至2025年7月期间23个GenomeTrakr实验室（5个联邦实验室和18个州或学术实验室）的详细成本数据，以及36个国内GenomeTrakr实验室的测序数据。研究采用盈亏平衡分析和成本效益模型，估算WGS监测对三种主要食源性病原体——沙门氏菌（Salmonella enterica, 非伤寒型）、单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）和产志贺毒素大肠杆菌（Shiga toxin-producing Escherichia coli, STEC）——的经济影响，并开发了一款公开的网络应用程序，方便实验室自行估算ROI。

### 主要结论
**美国国内WGS监测的成本**：加权平均每样本成本为286美元，范围从88美元到1041美元。成本构成包括设备（94美元）、耗材（131美元）、人员（60美元）和其他（<1美元）。Spearman秩相关分析显示，每样本成本与测序量呈显著负相关（r_s = -0.80，95% CI [-0.91, -0.59]，n=23），表明高吞吐量实验室因规模经济而拥有更低的单位成本。参与实验室年均测序200个分离株，总计4589个分离株，年度总成本约为131万美元。

**避免的疾病和经济收益**：应用Brown等（2021）的模型，36个实验室的WGS监测活动每年估计避免870例食源性疾病，对应5370万美元的避免医疗费用。其中，沙门氏菌避免579例（970万美元），李斯特菌避免17例（4210万美元），STEC避免274例（200万美元）。

**投资回报率**：各实验室的效益成本比从2.20美元到123.35美元不等，平均每投入1美元获得约31美元的避免医疗费用。总ROI约为31:1。Kruskal-Wallis检验显示，主要测序不同病原体的实验室ROI存在显著差异（χ2(2, n=22)=8.9, p=0.01），其中主要测序李斯特菌的实验室ROI中位数（67.2）高于沙门氏菌（22.4）和STEC（7.1），这反映了李斯特菌病的高医疗和社会成本。

### 讨论与结论
**讨论**：本研究的ROI（31:1）高于Brown等（2021）的23:1，这可能归因于测序能力的增加、基因组数据库的扩展以及更新的医疗成本数据（Hoffmann等，2025）。成本变异主要源于实验室规模和工作流程效率，高吞吐量实验室通过规模经济降低成本。研究存在局限性：模型假设测序量与疾病减少之间存在稳定关系，但实际可能受时间、病原体类型和区域差异影响；培养独立诊断试验（Culture-independent diagnostic tests, CIDTs）的普及可能增加报告发病率，干扰趋势解读；分析仅涵盖三种病原体，不包括临床分离株，且未纳入联邦集中式基础设施（如NCBI Pathogen Detection、GalaxyTrakr等）的成本，可能导致ROI高估。尽管如此，研究为持续投资WGS监测提供了有力证据，建议优先对高风险食品和生产环境进行测序，并扩展根本原因分析和纵向研究。

**结论**：本研究量化了美国GenomeTrakr实验室中全基因组测序用于食源性病原体监测的成本和经济收益，展示了显著的ROI。在研究期间，每投入1美元WGS监测平均产生约31美元的避免医疗费用。这些发现强化了基因组监测作为一项成本效益高的公共卫生投资的价值，支持对实验室能力和数据共享基础设施的持续资助。随着测序能力的扩展和基因组数据库的增长，监测的有效性和经济回报有望进一步增加。本研究开发的成本效益框架和软件工具为实验室评估和传达其WGS活动的经济影响提供了标准化方法，更广泛地采用这些方法有助于支持更一致的区域和全球ROI估算，并指导战略投资以改善食品安全和公共卫生。