病毒基因

据路透社报道，近日国际流感专家表示，H7N9病毒仍然可能在同其他病毒株交换基因，寻找令它变得更加强大的基因。如果基因交换成功，世界可能将面临致死性禽流感大流行的威胁，但是它也可能失败，然后不了了之。 　　据报道，这种病毒的不稳定性也引发有关是否H7N9可能对罗氏公司的达菲变得具有抗药性的疑问，对该病毒基因数据的分析已经表明这种可能性。 　　英国伦敦帝国学院流感病毒学家温迪.巴克莱(Wendy Barclay)说，即使我们手上只有三个基因序列，有证据显示，其中一个序列跟其他两个不太吻合。所以我们可能认为，这种病毒仍然在四处寻觅它喜欢的基因类型。 　　据报道，迄今为止来自于三名H7N9死亡感染者的样本的基因序列数据显示，H7N9病毒是所谓的"三重重组"病毒，混合了来自亚洲鸟类中发现的三种流感病毒基因。 　　研究人员在上周出版的《新英格兰医学杂志》中对该病毒的来源进行了仔细分析。 　　研究人员称，迄今为止，这种病毒重组似乎发生在鸟类身上，而不是在人类或其他哺乳动物身上，这是一个稍微令人安心的迹象。这个过程可能将继续，并可能意味着距离病毒发现一种可以令它在鸟类迅速传播的形式还有一段距离。 　　据报道，最近的大流行病毒包括2009年爆发的H1N1"猪流感"病毒，是哺乳动物和鸟类流感的混合物。专家说这些杂种更可能症状轻微，因为哺乳动物流感倾向于让人类患病不如禽流感那么严重。 　　而纯粹的禽流感病毒，比如新的H7N9和自从2003年以来杀死622个患者当中371人的H5N1病毒，通常对人类更加致命。 　　据外媒报道，荷兰和中国的研究人员分析H7N9禽流感病毒后发现，病毒基因正在大范围传播，并出现基因变异。而且这种变异在未来可能继续，使得人传人的风险变大。 　　据报道，研究人员就基因数据进行分析，称该病毒的基因多样性程度，已与之前在禽类中大范围爆发的其它H7病毒株相仿。 　　荷兰国立公共卫生和环境研究所(RIVM)的病毒专家吉柏曼斯(MarionKoopmans)表示，我们采样研究来自中国的病毒，发现其基因多样性堪比数年前在荷兰大爆发的病毒，以及在意大利爆发过的病毒。 　　他说，这意味着H7N9将能传播更广，现在的重点是搞清楚如何传播。 　　从病毒的基因多样性看，该病毒有能力实现重复变异，因此在人与人之间传播的机率升高。 　　吉柏曼斯说，这种病毒传播也许是在鸟类之间、也许是在哺乳动物之间完成的，但现在还不清楚它跟哪些动物有关。 　　吉柏曼斯领导的团队将H7N9病毒数据与2003年在荷兰禽类和人类大规模爆发的H7N7病毒、以及1999和2000年在意大利禽类中大规模爆发的H7N1病毒作了比较。 　　研究报告指出，H7N9病毒肯定已经广泛传播，并达成了基因多样化。病毒已经完成了一些演变，且未来可能继续变异，升高大规模人际感染的风险。 　　中国流感专家和世界卫生组织则称，目前还没有证据表明该病毒容易在人与人之间传播。

美国军队传染性疾病医疗研究中心(USAMRIID)牵头多家知名机构，在美国微生物学会旗下的mBio杂志上发布了病毒基因组测序的一系列标准，为从事病毒基因组测序的研究者们提供了一个通用&ldquo 语言&rdquo 。 　　文章的资深作者，USAMRIID的Gustavo Palacios博士介绍道，这些标准是多家研究机构的科学家共同协作的结果，包括Broad研究所、J. Craig Venter研究所、Los Alamos国家实验室、国家过敏和传染病研究所、马里兰大学和Johns Hopkins大学。 　　&ldquo 我们让大家坐在一起，讨论出来一个有意义的结果，这是一个重要的成就，&rdquo 他解释道。 　　作者们指出，基因组是生物体内的遗传物质，以DNA或RNA的形式编码。病毒基因组包括基因和一些非编码的DNA或RNA序列，含有病毒复制和传播所必需的信息。因此，确定这些序列可以获得宝贵的信息，可以应用于各种医学和科研领域。 　　&ldquo 多亏了高通量测序技术的飞速发展，现在几乎所有的病毒研究方向都涉及了测序，包括分子流行病学、药物和疫苗开发、病毒的监控与诊断等等，&rdquo Palacios说。&ldquo 近来，不管是已测序的基因组还是正在投身测序的研究机构都在迅速增多。&rdquo 　　虽然有大量的病毒基因组正在被测序，但&ldquo 目前还没有一个统一的框架，也没有通用的词汇来描述特定病毒基因组的&lsquo 完成&rsquo 程度，&rdquo 文章的第一作者，USAMRIID的Jason Ladner博士说。测序的完成程度，决定着基因组的下游应用，包括设计诊断产品、反向遗传系统以及开发治疗对策等。 　　研究团队希望能够通过五条标准来填补这样的空白，这些标准涵盖了完成病毒基因组的整个阶段，使用不依赖测序技术的简单条件规定了五个类别。 　　&ldquo 不同的测序技术可能会很快淘汰更新，因此我们这些标准没有关联任何特定的测序平台，可以长时间的使用下去，&rdquo Ladner解释道。 　　研究人员指出，这些基因组测序的新标准，为所有涉及病毒的研究领域提供了一个基本框架，其分类法也可以被用在公共的序列数据库中。此外，联邦机构还可以根据这些标准，审批和调控与病毒有关的产品，例如诊断产品、疫苗和治疗药物。 　　文献来源：Standards for sequencing viral genomes in the era of high-throughput sequencing.

高通量测序之于病毒基因组，在检测和研究中的意义和价值已得到广泛验证。但在开展具体的高通量测序工作时，可能会面临很多实际的操作问题，譬如：方法上选择宏基因组测序还是靶向测序？测序策略上选择多少数据量、何种读长？哪些测序平台的通量和数据量更能满足实验室检测要求？以新冠病毒为例，本文对高通量测序在检测和研究中可能面临的问题与选择进行一一剖析。图1 在检测和研究中可能面临的问题与选择测序目的：快速检测or序列组装？高通量测序技术应用于新型冠状病毒的检测和研究，可以实现快速检测以及病毒序列组装。测序目的不同，需要选择合适的方法和策略：如需对qPCR检测呈阴性的疑似病例进行确诊，或对复合性感染、继发性感染等进行鉴别诊断，或对大量待测样本进行大规模筛查，可以利用高通量测序技术进行快速检测；如果需要实现病毒序列组装，以进行未知病原的检测、分析和研究，可以利用高通量测序技术进行更高深度更高覆盖度的测序，获得完整的病毒基因组序列。测序方法：宏基因组测序or靶向测序？对病毒基因组进行高通量测序，可以采取宏基因组测序或靶向测序（包括探针捕获测序和多重PCR扩增子测序）。不同的方法各有优势，可根据实际应用进行选择。图2 不同高通量测序方法的比较可供参考的建议如下：1. 对未知病原的发现及确认，首选宏基因组测序；2. 如需检测或研究样本中所有可能感染的微生物，比如诊断不明原因感染、混合感染、继发感染等，可以选择宏基因组测序；3. 如只需针对目的病毒进行检测，希望以较少的数据量获得目的病毒全长序列，可以选择靶向测序。测序数据量关于测序数据量，需结合具体的测序目的、测序方法、样本病毒载量等因素进行综合评估。通常，提高测序数据量,可以提高检测灵敏度，改善临床检测的阳性率。另外，提高测序数据量，可以提高数据覆盖度，病毒序列组装效果更好。以满足病毒基因组覆盖度95%，且单碱基深度10x为条件：如采用宏基因组测序，可根据使用的研究材料（即待检样本）的情况，选择测序数据量。病毒载量在104 copies/ml以上或qPCR定量CT值qPCR定量CT值在24.5~28.7范围的样本，推荐数据量为100Gb(PE100,500M reads)。对于病毒载量极低的样本（CT值＞28.7），不建议使用宏基因组测序，可以采用多重PCR扩增子测序。如采用多重PCR扩增子测序，推荐数据量为5-20M。该方法也适用于病毒载量极低（＜102copies/ml）的极端样本检测。注：推荐样本数据量仅供参考图3 基于测序方法及样本病毒载量的测序数据量选择测序读长如进行快速检测，可采用单端测序，推荐SE50/SE100读长，快速、经济；如需要进行病毒全长序列组装，建议使用双端测序，推荐PE100/PE150读长，测序数据质量高、Reads比对更好。图4 测序读长选择测序文库的处理针对病毒RNA测序，在文库制备过程中是否去除核糖体RNA(rRNA)也是一个值得探讨的问题。rRNA占总RNA的80%以上，去除人类rRNA可以提高有效数据利用率。同时也需要考虑样本情况：如果病毒核酸投入量低，以及放置时间久、降解严重的样本，去除rRNA可能会影响建库效果，可以选择不去rRNA，以提高建库成功率。图5 MGIEasy rRNA去除试剂盒测序平台的选择根据实验室样本规模，选择合适的测序平台。每个平台单次运行的样本数与测序方法、测序数据量相关。其中，宏基因组测序方法，一般以单个样本的数据通量100M reads为参考；多重PCR扩增子测序方法，以单个样本的数据通量＞5M reads为参考。注1.以单个样本的数据通量100M reads为例；注2.以单个样本的数据通量＞5M reads为例。图6 测序平台单次运行的样本数估算小贴士基于DNBSEQ平台的已发表文章目前，已有多篇基于DNBSEQ平台的新冠科研文章在Lancet、nature、Cell等顶级期刊获发。基于DNBSEQ平台的高通量测序技术助力新冠病毒科研攻关，得到了越来越多科研学者的认可。参考文献Multiple approaches for massively parallel sequencing of HCoV-19(SARS-CoV-2) genomes directly from clinical samples.