宏基因組測序（mNGS）助力新冠病毒檢測

引子：

湖北省醫學影像專業委員會副主委譚偉認為，CT結果非常符合新冠肺炎但核酸檢測為陰性的病例大約佔30%—40%。

在杭州一所醫院，有個病人測了6次核酸試劑都為陰性，直到第7次才測出陽性。

怎麼解決這種“假陰性”的問題呢？相關專家建議，可以利用宏基因組測序（mNGS）一網打盡所有病原菌，從而徹底排除“假陰性”。

mNGS簡介

mNGS全稱，metagenomics next generation sequencing，因此這裡面涉及到兩個概念。一個是宏基因組，另外一個是二代測序。宏基因組學（Metagenomics）的概念最初由Jo Handelsman 提出，其研究對象是樣品中的微生物群體基因組，通過測序和功能基因篩查來分析和研究微生物的種群結構、進化以及與環境之間的互作。在描述基因組時，經常用到下面這張圖。有基因組之前是釣魚，有基因組之後是網魚。基因組學家們先把魚撈出來，生化學家們再去研究功能。宏基因組也是一樣，

顯然傳統的Sanger測序手段通量太小，不適合宏基因組。因此，二代測序（next generation sequencing）技術的誕生才極大地推動了宏基因組的發展。NGS特點是通量高、單位鹼基價格便宜而且準確率高。NGS的代表技術有 Roche 公司的454焦磷酸技術、Illumina公司的單分子陣列技術和ABI公司的SOLiD (sequencing byoligonucleotide ligation and detection )。在結合這些技術的基礎上，mNGS應運而生，在病毒檢測、病原菌鑑定等方面發揮著越來越大的作用。mNGS流程可以大致分為5個步驟：樣本採集、核酸提取、構建文庫、上機測序和生信分析。具體protocol大家可以去諮詢相關測序公司哈。

mNGS與新冠病毒檢測

與傳統的研究方法相比，其最大的優勢不需要對微生物進行分離培養。由於微生物包括細菌、真菌、病毒、藻類和一些小型的原生動物，它們個體微小，卻與人類息息相關，廣泛涉及食品、醫藥、工農業、環保等諸多領域。因此，mNGS也在新病毒鑑定、臨床診斷和大氣微生物研究等方面得到廣泛應用。

mNGS特別適用於對病毒的檢測。由於病毒缺乏其他細胞生物所共有的核糖體RNA（原核的是16S，真核的是18S），所以mNGS幾乎是唯一的手段。因此，病毒mNGS可以提供很多病毒多樣性和進化的信息。

mNGS在此次新冠疫情中發揮了不可磨滅的作用。典型的例子有三個：

• 非典病毒SARS（2003）基因組鑑定耗時5月餘，禽流感病毒H7N9基因組（2013）鑑定耗時1月餘，而新型冠狀病毒基因組鑑定只用了5天！
• 2020年2 月 3 日，復旦大學張永振教授團隊對患者支氣管肺泡灌洗液進行了mNGS分析，鑑定出了新型冠狀病毒，該病毒基因組與蝙蝠體內發現的 SARS 樣冠狀病毒基因組的相似性高達 89.1%。
• 2020年2 月20 日，華南農業大學沈永義教授和肖立華教授團隊通過對穿山甲樣品進行mNGS分析，初步確定穿山甲是本次新型冠狀病毒的潛在中間宿主之一。

mNGS優勢及改進

mNGS的優勢在於：其一，通量高；其二，不受培養條件限制；其三，分析全面。其劣勢也很明顯，其一，成本過高，二是，操作流程複雜；三是，等待時間長。

此前的mNGS數據分析較為耗時，系統需要對2200萬個序列和病毒數據庫進行比對。整個過程需要30分鐘或更久。

針對檢測時間長的問題，達仁基因開發並免費開放了Apollo 2019-nCoV在線工具，醫療和科研人員可以直接在線進行分析mNGS數據，並自動相關分析報告。整個過程大約只需6分鐘。

阿里雲更近一步，免費開放的基因計算服務AGS（Alibaba Genomics Service），採用容器技術和GPU，即開即用，可同時運行多個病毒基因比對服務。檢測時間不到60秒。

結語

因此，建議將mNGS 和RT-PCR進行優勢互補。前期大規模篩查，使用操作速度快成本低的RT-PCR，以便快速進行初步鑑定新型冠狀病毒核酸陽性；而對於“假陰性”，就可以進一步利用mNGS進一步確認可有效提高檢測結果的可靠性，並獲得是否有其他病原體感染的綜合信息，可以對病原微生物起到一網打盡的效果。　

1. https://iivd.net/article-21164-1.html

2. https://science.sciencemag.org/content/291/5507/1221.full

3.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1074552198901089

4. https://www.sohu.com/a/326265953_733985

5.http://sh.sina.com.cn/news/k/2020-02-17/detail-iimxxstf2141891.shtml

6. https://mp.weixin.qq.com/s/O4oWt4-LInQ3ICZr-tApsQ

7.https://developer.aliyun.com/article/748300?groupCode=genomics

8.https://www.nature.com/articles/s41586-020-2008-3

9. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.17.951335v1

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