2030年:我们还需要微生物学家吗?（译文）

当前微生物的诊断主要依赖于检测技术、医学专业知识以及微生物诊断的实验室环境。这篇社论探讨到2030年这三个方面的预期发展、转变和应对策略。

从人类的技能到机器的精度

在技术能力层面，近年来自动化蓬勃发展。数字化、机械化的发展弥补了实验室技术人员数量的不足，但同时也可能进一步降低实验室技术人员数量的需求，预计这一趋势将持续到21世纪30年代。先进的机械装备在及时输出结果的同时，还能保证24小时运转，与人工相比，这样做的成本更低。既往血培养发现病菌生长时，细菌的形态不能立即被识别，在进行具体菌株的鉴定之前，样品必须在琼脂板上进行传代培养。基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术(MALDI-TOF)的引入改变了我们对于细菌的识别方式，显著缩短了实验室测试时间。临床上引入的其他技术也绕过当前对传代培养的需要，进一步加快结果的传递，例如：细菌集落浓度、肽核酸荧光原位杂交(PNA FISH)和血培养阳性培养物直接药敏试验。随着完全绕过培养过程的新兴技术开展(如聚合酶链反应PCR、T2磁共振技术、二代测序NGS)，我们对于创新的需求在进一步扩大。大规模DNA测序技术NGS在产生结果方面仍然面临延迟，但基于扩增子的测序已经在缩短时间，这表明全基因组测序技术有可能取得类似的进展。

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医学专业与人工智能相结合

以前需要人眼(和大脑)完成的任务，如显微镜和琼脂平板检查，现在可以通过人工智能(AI)增强的自动化分析来完成。临床微生物学领域已经开发和实现了多种机器学习算法，实现了感染诊断、微生物检测、鉴定和定量、抗菌药物耐药性的检测等功能。

人工智能已经在帮助微生物学家进行日常工作，并有相当大的发展空间。人工智能完全有可能帮助临床医生解释微生物学结果。事实上，由于人工智能巨大的数据处理能力远远超过人类，将有助于解释数据集。这一点尤其重要，因为人类的认知处理能力仅限于同时分析四个变量。因此，人工智能可以为临床医生提供原始的微生物数据和决策算法，从而模拟抗菌管理团队的专业知识，并提供全天候的建议。人工智能具有进一步进化的潜力，例如通过将宿主反应输出集成到模型中来区分定殖和感染，这无疑将在该领域产生重大进展。

人工智能医疗工具，如Glass AI，已经应用于临床医生的日常实践。大型语言模型如Chat生成预训练转换器(ChatGPT)的应用前景已经在重症监护病房(ICU)中进行了讨论，涵盖了从支持医疗决策到管理医疗记录，同时改善医疗工作者、患者和家庭之间的沟通。这些大型语言模型还取得了一些成绩，比如通过了美国(US)医疗执照考试(USMLE)。大型语言模型可能会在所有医学领域挑战临床医生。在微生物学等领域，它们自主数据解释方面的潜力尤为重要，因为这些领域往往不需要直接与患者接触。

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中央实验室到即时医疗

近年来，由于自动化设备的物理尺寸和成本较大，自然推动了实验室的集中化，这一趋势可能会进一步扩大。然而，由于运输样品的距离较远，结果的周转时间亦可能会延迟。我们正站在一个新时代的转折点，由占地面积小的床边诊断工具的发展所推动的诊断微生物的分散化。这些创新包括小型化、完全集成的PCR机，能够执行从DNA提取到扩增结果读出的每一步，以及更先进的即时分析，如转录组学和微流体芯片设备。传感器技术的进步创造了越来越复杂的电子鼻。在可预见的未来，这些设备可作为即时护理工具，用于管理患有肺部感染或腹泻等疾病的患者。

虽然经济限制可能影响目前医疗环境中广泛采用自动化微型诊断技术，但技术进步和规模经济将使这些技术大众化，使其更容易获得和负担得起。考虑到医学之外的许多先例，如笔记本电脑和手机，这种发展将是不可避免的。虽然大多数常规检测可能会在病人床边进行，但某些罕见和复杂的分析仍然需要在中央实验室进行。无人机和现场气动运输系统是目前和未来医院单位和微生物实验室之间样品运输的载体，避免了传统的地面运输耗时且增加碳排放的方法。

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未来:2030年及以后

总而言之，自动化、机器人化和人工智能可能会大大减少人类在微生物诊断和解释方面的投入。实验室作为一个单一的中央实体将缩小，至少在常规测试和分析方面是这样，因为医院部门越来越多地拥有自己的小型化自动化设备和床边传感器阵列。在这个不断发展的环境中，必须仔细考虑人机界面的作用。医疗保健专业人员参与决策的程度将取决于人工智能的性能和可靠性。这提出了几个关键问题。在没有人类操作者/决策者的情况下，谁来负责？谁对技术故障和错误负责？在系统被破坏或彻底故障的情况下，应该有什么应急计划？考虑到这些因素，我们应该保留和保护某些人类技能吗？

在回答这些问题时，我们可以坚定地认为，人的责任仍然是最重要的，即使部署了复杂可靠的人工智能算法。人工智能目前提供了纠正人为错误和填补监管缺口的能力。我们有理由设想，未来人类将在人工智能驱动的流程中扮演监管角色。病人安全和保障是最重要的。人类干预即使减少了，在所有的医学领域都是不可或缺的，至少在未来的一个世纪应该这样。

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