近期,31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告新增确诊病例43例,其中本土病例28例,为本已恢复正常生活的人们再次敲响了警钟。下图分别为中国和全球新型冠状病毒肺炎疫情分布:
为什么发现病例的第一时间要对病毒进行全基因组测序呢?
通过对病毒全基因组高通量测序可以第一时间获取病毒的全部基因信息,解释病毒的来源、传播、变异演化等科学问题,为后续流行病学调查指明方向,为相关病例的追踪溯源提供重要依据,目前对新冠病毒溯源分型主要检测手段就是高通量测序技术。
高通量测序技术如何进行病毒溯源?
首先对获得的早期病例标本开展新冠病毒全基因组高通量序列测定,通过与本地流行病毒及全球其他地区测定过序列的病毒比较,如果该病例感染的病毒在基因组上和北美流行株更接近,比如在全长接近3万个碱基的序列上,两者仅相差几个碱基,相似度为99%以上,这就是为我们推断该病例携带病毒为北美流行株提供依据。目前我国依据病毒基因组序列将新冠病毒分为8个型别:S型全球家系、S型北美家系、L型全球家系、L型欧洲家系、L型欧洲家系分支I、L型欧洲家系分支II、L型欧洲家系分支II.1、L型欧洲家系分支II.2。
利用病毒传播过程中核酸序列上特定位置的变化来进行分型,着重于区分不同型别病毒的来源,是我国调整防控策略的重要依据之一。
高通量测序技术在新冠病毒研究方面的应用
一、NGS应用于COVID-19的病原鉴定
2019年12月中旬以来,中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所、中国科学院武汉病毒研究所、中国疾控中心、山东第一医科大学、湖北省疾控中心等机构都先后通过全基因组测序等技术,获得了病毒全基因组序列,确认了病原为以前未知的 β 冠状病毒。中国于1月10日公布了新冠状病毒的完整基因组序列。NGS在新型冠状病毒的鉴定中发挥了重要作用。
二、NGS应用于COVID-19的病毒溯源
中国疾控中心、山东第一医科大学等机构的研究人员通过高通量测序发现,SARS-CoV-2与2018年在中国东部舟山发现的两种蝙蝠相关冠状病毒ZC45和ZXC21密切相关,同源性约为88%。相比之下,SARS-CoV-2与SARS-CoV和MERS-CoV的亲缘关系更远,同源性分别为79%和50%。
石正丽团队对5位患者肺泡灌洗液进行 mNGS 测序,87.1%的去人源后 reads 比对,之后用 targeted PCR 和从头组装得到完整的SARS-CoV-2病毒全长序列(29891 bp),整个序列与 SARS-CoV的相似性在79.5%。2月7日,华南农业大学官方网站发布消息称,华南农业大学、岭南现代农业科学与技术广东省实验室分析了1000多份宏基因组样品,发现穿山甲分离到的病毒株与目前感染人的毒株序列相似度高达99%。提示穿山甲为此次新型冠状病毒潜在中间宿主。NGS为揭示病毒传播途径与追溯传染源头提供支撑。
三、NGS应用于COVID-19的病原学诊断
基因测序是能够动态追踪病毒变异的唯一方法。高通量测序通过文库制备、上机测序与数据比对分析,能够及时发现病毒是否变异。新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》阐述的病例确诊方式就包括“呼吸道标本或血液标本病毒基因测序,与已知的新型冠状病毒高度同源”,相较于RT-PCR检测,基因测序能够动态监测病毒变异,在准确性和通量上也具有优势。
测序技术在新冠病毒检测中的意义和价值
1)在科学研究方向,采用高通量测序技术,可在第一时间获取新发未知病毒的基因组序列信息,为突发疫情的防控和后续研究提供了帮助,例如通过构建进化树揭示其病原相关特性、分析新冠病毒的进化来源、研究新冠病毒的致病病理机制等。
2)在临床诊断方向,采用高通量测序技术,可一次性完成细菌、真菌、病毒和寄生虫等多种病原体检测 。针对在新冠疫情中RT-PCR核酸检测阴性,但临床表型高度疑似的患者,可利用高通量测序技术进行进一步确认,同时检测包括新冠病毒在内的所有可能感染的病原微生物基因序列,为多重感染或继发感染的相关病原信息提供参考依据。