基於納米孔測序技術,杭州疾控完成首個新型冠狀病毒基因組組裝

自新型冠狀病毒爆發以來,Oxford Nanopore Technologies一直致力於和中國及全球的公共衛生實驗室共同協作,支持新型冠狀病毒的測序工作。

2020年2月5日,首個基於ARTIC快速測序方案獲得的新型冠狀病毒基因組序列在GISAID數據庫發佈。ARTIC Network項目由英國惠康基金會(Wellcome Trust)資助,旨在為病毒爆發開發方案,提供實時的流行病學信息。項目組開發了一組針對新型冠狀病毒的實驗室和生物信息學工作流程, 使用納米孔測序儀,8小時內即可完成病毒基因組的鑑定。

基於納米孔測序技術,杭州疾控完成首個新型冠狀病毒基因組組裝

中國杭州市疾控中心的科學家們率先使用ARTIC Network開發的工作流生成了高準確度的新型冠狀病毒基因組。目前,國內及國際實驗室正在使用該工作流進行針對該病毒的更深入的研究。

杭州市疾病控制與預防中心李鈞博士表示:“杭州市疾控中心率先完成了全國首個僅使用納米孔數據的新型冠狀病毒基因組組裝。團隊在未使用其他測序技術進行矯正的情況下,獲得的最終組裝結果與參考基因組一致性為100%。隨著疫情的持續發展,在接近樣本的地方對病毒進行準確的實時監測,並在短時間內獲得有效信息,對了解病毒來源、變異引起的毒力演變和疫情擴散情況,以進行針對性的防控工作尤為重要。”

英國伯明翰大學和ARTIC項目組的首席研究員 Nicholas Loman 教授表示:“這項工作是建立在我們為病毒流行病開發快速現場測序解決方案的經驗基礎上。通過快速產生病毒序列並在開源平臺上共享這些數據,可以最大程度地將基因組學數據利用到流行病防控響應中去。”

該基因組序列已上傳至GISAID公共數據庫,為全球更多的科學家開展進一步工作提供借鑑。ARTIC Network開發的工作流包含靶向多重引物組合,RAMPART實時分析軟件包,以及完整的從樣本製備到可用於分享的基因組序列的分步指南。

基於此前在病毒爆發中積累的經驗,以及包括在2013-2016年間西非埃博拉病毒流行中的工作,ARTIC工作小組第一時間迅速響應,提供了優化的新型冠狀病毒檢測方案。在過去3年中,ARTIC項目組一直致力於開發針對病毒爆發中樣本處理的端到端的測序方案,為公共衛生機構生成可用於迅速判斷和執行的實時流行病學信息。

在包括埃博拉病毒,寨卡病毒、黃熱病毒和麻疹病毒等多次疫情中,這支由英國多所院校組成的團隊(包括愛丁堡大學、伯明翰大學、劍橋大學、牛津大學、比利時魯汶大學、加州大學洛杉磯分校和福瑞德·哈金森癌症研究中心)皆開發出了研究方法,提供“手提實驗室”作為測序資源和解決方案,並協作當地人員培訓。他們目前正在與當地科學家合作,支持正發生在剛果民主共和國的埃博拉疫情,巴基斯坦的脊髓灰質炎病毒監測以及盧旺達的麻疹監測。

ARTIC與Oxford Nanopore攜手合作,利用納米孔實時傳遞數據的優勢,共同開發出8小時端到端的快速工作流。2020年1月31日,Oxford Nanopore200臺便攜式MinION測序儀啟程從英國前往中國,支持國內快速新冠病毒測序及疫情監控。

基因組數據對疫情爆發的影響

在病毒爆發期間,前瞻性的基因組數據有助於提供該病毒與其他病毒的親緣關係、進化模式、地理分佈和人類宿主等相關信息。這些信息可用於協助流行病學調查,尤其是在結合使用其他類型的數據(例如病例數量)時。更快速的獲取並共享數據,將有助於更好的響應公共衛生挑戰。而快速獲得病原體序列數據同樣能夠支持開發疫苗和提升診斷能力。

納米孔測序

Oxford Nanopore開發了一系列基於納米孔測序的設備,從手持測序儀MinION到大規模測序儀PromethION。這些設備可實時對DNA或RNA進行測序,從而提供快速的見解。納米孔可處理任意長度的序列片段,因此可以根據需要對非常長的序列進行測序。該技術已被用於包括傳染病和食源性病原體在內的多個疫情暴發場景,尤其是在對耐藥性病原體的理解上。除微生物學外,納米孔測序還用於許多其他科學研究領域,包括人類遺傳學、癌症研究、植物和環境應用。

疫情中的數據共享——致謝

以上資源信息皆源於公開分享的病毒基因組序列。該基因組序列信息(MN908947)由上海公共衛生臨床中心、武漢中心醫院、華中科技大學、武漢疾病控制預防中心、中國疾病預防控制中心、澳大利亞悉尼大學共同合作完成。

關於ARTIC

RNA病毒(如埃博拉、MERS病毒、SARS病毒、流感病毒等)的快速進化可導致其基因組中的變化不斷累積,這些信息可被用於重建流行病學致病過程。ARTIC是一個由研究學者和公共衛生研究人員組成的國際網絡,並創建了可部署到偏遠且資源有限地區的“手提箱實驗室”。針對一系列新興的病毒性疾病,將基於Oxford Nanopore Technologies開發的單分子便攜式測序儀MinION生成的測序序列與分析平臺緊密連接,並整合相關的流行病學知識,可在極其迅速的時間內揭示傳染病的傳播、病毒進化和流行病學關聯。這種實時的方法能夠在患者樣本採集後的數天內提供可行的流行病學見解。

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