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复杂疾病基因组学, 微生物基因组学

Illumina对新型冠状病毒SARS-CoV-2(2019-nCoV)疫情一点见解:

过往与将来

Illumina对新型冠状病毒SARS-CoV-2(2019-nCoV)疫情一点见解:
2020年2月13日

By: Michael Oberholzer, PhD and Phil Febbo, MD 

概述

严重急性呼吸综合征冠状病毒SARS-CoV-2 (2019-nCoV) 的爆发提示着人类社会,疫情当前当务之急是通过国家、国际间合作,加强早期预警用以妥善应对潜在传染病流行。Illumina在确保员工的安全前提下,鼓励全球员工充分发挥NGS技能和专业所长,为资控制疫情可及社会性资源与支持贡献。此外,Illumina已将成熟技术方法提供给国家卫生部门,并预备在全球范围内推广中国的测序应用与经验,借此广泛提高SARS-CoV-2检测能力,加强的流行病学监测、病毒进化与毒力溯源分析研究。

如何看待NGS在疫情中的作用?

首先,对于一种新型病毒全基因组序列测定与分析,本质上有助于消弥人们对新现、未知病原的恐惧心理。世界卫生组织(WHO)正式发布SARS-CoV-2感染首例确诊病例的报告发布不足两个月的时间里1,利用现代测序技术,所幸极其时间内病毒基因组序列就获得鉴定与分析,病毒进化亲缘关系得以明朗。

  • 1月24日,《新英格兰医学杂志》发表了第一个SARS-CoV-2全基因组序列。2据悉,在WHO通报首例病例后,在如此短的时间内就能测定一种新型病原的完整基因组,这种迅速响应前所未有。
  • 截至2月7日,全球流感共享数据库(GISAID)和GenBank已累计分享了80多个(株)SARS-CoV-2基因组序列,这将推动对新病毒起源、流行病学和传播途径的研究,促进科学诊治疗策略的制定。3 SARS-CoV-2的基因组的快速解析,为了解病毒传播动力学提供全新的视角,为防控策略提供科学依据。

目前已知情况——从SARS-CoV-2基因组测序中获得的见解

首例报告不及60天,全球科学家就基本了解了新病毒的可能来源、进化亲缘关系以及可及的治疗方法。

对现有基因组序列的分析表明,SARS-CoV-2与一种已知的蝙蝠SARS样冠状病毒的进化亲缘最为接近,提示蝙蝠可能是病毒的自然宿主之一。3,4由于病毒在2019年11月至12月期间才在人群中出现,旋即获得序列测定,目前SARS-CoV-2病毒基因组序列表现出高度近似。。3,4 SARS-CoV-2感染的聚集病例显示病毒可能存在人间传播的病毒变异的趋势。基于蛋白编码序列分析,在SARS-CoV-2感染细胞中具有重要病毒表面刺突蛋白与亲缘关系较近的蝙蝠冠状病毒仅存在75%序列相似性,指示着新病毒对人类宿主的适应机制。4由于病毒蛋白高变异性,SARS疫苗可能无法作用于SARS-CoV-2的相应位点,5这也可能影响疫苗研发的前景。

现在仍处于疫情之中,仍缺少特异性抗病毒药物。SARS-CoV-2与其它SARS-CoV在一些现存病毒药物作用靶点(例如蛋白酶和聚合酶)具有序列保守性。3,6这表明对SARS-CoV蛋白酶或聚合酶抑制剂抑制剂同样可能对SARS-CoV-2具有抗病毒疗效。4

为控制SARS-CoV-2疫情蔓延的空前协作——万里长征的第一步

SARS-CoV-2的基因组序列还促进了基于聚合酶链反应(PCR)的诊断试剂的研发和检测一线迅速推广。此类方法关乎患者诊断与病理跟踪的准确,检测灵敏性至关重要。Illumina此前曾报道过中国公卫单位迅速开发了基于PCR检测方法,并将测序用于对疑似阳性样本的确证诊断,调查病毒在武汉地区和全国范围的流行情况。美国疾病控制中心(CDC)和美国食品药品监督管理局(FDA)在SARS-CoV-2的PCR诊断panel上也迅速开展了类似的工作。FDA启动紧急使用授权,准许美国各地实验室使用CDC试剂。同样欧洲疾病控制中心(ECDC)也建议PCR方法作为SARS-CoV-2检测工具。

迄今为止,非洲尚无SARS-CoV-2阳性病例报告。然而,这样的情况可能由于当地的国内检测能力有限导致的漏诊,而不能反映真实的流行病动态。考虑到人员国际旅行携带SARS-CoV-2输入非洲大陆的潜在风险仍然存在,非洲国家联盟和非洲疾病控制中心的领导人上周在塞内加尔达喀尔为众多实验室负责人和工作人员开展了一次培训,以此来帮助各个非洲国家建立病毒检测能力。

病毒的传播和毒力——未及之处

目前人们对SARS-CoV-2病毒与人类宿主相互作用、病毒传染性、毒力等特性都还不清楚。根据WHO疫情报告(2月13日), 目前数据主要来自中国大陆(46,550例确诊病例和1,368例死亡)的病例。呼吸道传播的人间病例报告、传播速度以及病例描述共同提示SARS-CoV-2具有很强的传染性。卫生部门已经采取了明确的对策,限制了中国各省市居民的日常活动与往返中国大陆的旅行。虽然 WHO在中国境外 仅报告了少数病例(截至2月13日,已确诊447例),但在许多国家/地区,对SARS-CoV-2检测方法和途径还很有限,这可能低估疾病流行。因此,随着未来几周内各国检测能力提升和全球监测网络的全面覆盖,我们将更好地了解疫情的实际规模和波及范围,更好地把握疫情全景动态。

明确SARS-CoV-2感染阳性率与潜在的复合感染,对于了解病毒的传播和毒力也同样重要。中国政府已将测序技术整合计入患者诊断中,以此来确证阳性感染病例并监测基因组变异。Illumina已经将我们的技术方案提供给中国卫生部门在全球范围内推广加强对SARS-CoV-2诊断、流行病学调查、病毒进化和毒力变异的监测。

结论

目前疫情仍在肆虐,由于病毒基因组全长序列的测定,新病毒生物学特征会逐渐明朗,包括与已知病毒的进化关系、抗病毒药物作用靶点的变异情况,以及病毒传播和毒力特性。SARS-CoV-2的快速鉴别和全基因组测序为病毒生物特性研究和诊断方法研制提供契机,使全球对SARS-CoV-2疫情防控前景保持积极乐观态度。同时新问题不断出现,由于新病毒的传播具有潜隐性,临床表现无异于与其它病原引起的呼吸道感染,因此对新型病毒的溯源与控制仍然极具挑战。病毒现已从扩散疫情风暴中心向外蔓延,继续高效的监测控制策略加以广泛干预。在为阿里的几周中,对病毒生物学特征的研究将不断深入,进一步明确疫情影响范围。 Illumina的专家团队时刻准备、确保测序技术在抵御疫情危害的全球性活动中发挥最大的能量。

 

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