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冠状病毒测序

Coronavirus

基于测序的监测助力抗击COVID-19

新一代测序(NGS)为鉴定冠状病毒株和其他病原体提供了一种高效且无偏好的方法,技术本身摆脱了研究者自身对病原学知识的局限  1。对于快速传播的SARS-CoV-2冠状病毒的新型变异(如B.1.1.7株系[英国]和B1.351株系[南非]的担忧日益增加,凸显了用更多测序快速检测突变、防止新病毒株传播的需求。在疫情爆发初期,研究人员使用测序技术鉴定出了导致COVID-19的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)2。NGS还可为公共卫生人员、疫苗和药物开发商以及研究人员提供关键证据,帮助实验室:

  • 跟踪病毒在全球的传播途径
  • 快速检测突变,防止新病毒株传播
  • 鉴定现有分子诊断检测方法可能无法识别的病毒突变
  • 鉴定可影响疫苗效力的病毒突变
  • 筛选潜在的COVID-19治疗靶点
  • 识别并鉴定呼吸道合并感染和抗菌素耐药性等位基因。
更快地发现和控制SARS-CoV-2及其变异体的传播
COVIDSeq可检测SARS-CoV-2病毒突变,为防止新型病毒株的传播提供重要信息。

各种冠状病毒NGS检测方法的对比

  检测新的病毒 检测SARS-COV-2和诊断COVID-19 检测和监测呼吸道感染 检测患者免疫力
检测需求 宏基因组学 PCR/qPCR 扩增子Illumina COVIDSeq检测 靶向富集 血清学
检测速度          
可扩展且经济高效          
新病原体的鉴定          
追踪传播          
不受突变变化的影响          
鉴定联合感染和复杂疾病          
检测抗菌素耐药性          

充分满足实验室的检测需求

部分满足实验室的检测需求

关于冠状病毒测序方法的更多信息

鸟枪法宏基因组学测序

对给定样本中的所有生物体进行全面测序,鉴定冠状病毒等新型病原体。这种NGS方法有助于加速疫情调查,并支持新实验室检测方法的开发。

靶向富集

检测并鉴定呼吸道病原体和抗菌素耐药性。对致病性呼吸道生物体的通用性检测和抗菌素耐药性标志物可以帮助研究人员检测和监测SARS-CoV-2等呼吸道感染,并优化感染控制策略。

扩增子测序

通过识别病原体基因组的特定区域来检测SARS-CoV-2的存在。该方法会使用PCR扩增子的超深度测序来分析目标基因组区域。

COVID-19 NGS在线讲座

SARS-CoV-2的临床宏基因组学分析

这次COVID-19大流行让我们认识到,我们需要新的工具来检测和监测新出现的病原体,例如SARS-CoV-2。新一代测序可以对冠状病毒的进行初步检测,并加快检测和疫苗开发速度。

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利用NGS检测和监测SARS-CoV-2

了解新一代测序在应对COVID-19大流行中的广泛应用,从对新型冠状病毒的初步检测和鉴定到监视、监测和诊断检测。

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基因组学在全球冠状病毒监测中的作用

前美国FDA专员Scott Gottlieb博士探讨了基因组学和测序技术在COVID-19监测中的作用和优势。

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COVID-19应用说明

检测呼吸道病原体和相关的耐药基因

快速靶向富集工作流程,可检测各种呼吸道病原体(包括SARS-CoV-2和流感病毒)和抗菌素耐药性基因。

阅读应用说明
使用Illumina RNA Prep with Enrichment寻找并鉴定呼吸道病毒

高灵敏度的快速靶向富集测序工作流程,可用于检测和表征COVID-19菌株等呼吸道病毒。

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利用Illumina MiniSeq系统快速检测呼吸道感染

MiniSeq Rapid reagents reduce sequencing run times to < 5 hours, allowing fast detection of coronaviruses and other respiratory viruses.

阅读应用说明
冠状病毒软件工具
这些工具可以加速冠状病毒的检测和鉴定,简化样本追踪,促进宿主反应研究,帮助科学家更好地为公共数据库做出贡献。

常见问题

从根本上来说,诊断检测可以帮助临床医生管理患者,而监测有助于管理人群。

诊断检测可为每个患者提供重要的是/否答案,以便提供适当的管理。

监测有助于公共卫生人员追踪疫情路径,了解传播途径,确定病毒进化的速度以及病毒当下的变化是否会影响诊断效果或治疗效果。

NGS可以对患者样本中的新型病原体进行无偏好的检测,且无需事先了解该生物体。

传染病检测的一个关键挑战是许多导致人类呼吸道疾病、消化系统疾病和其他疾病的微生物(包括病毒)尚未被研究和鉴定,因此无法通过靶向方法(例如PCR,其开发需要病原体基因组知识)来了解或检测它们。NGS在发现这些未知的新病原体中起着至关重要的作用,它获得的基因组序列可用于开发常规检测(例如PCR),帮助临床医生管理患者。

NGS可用于追踪病原体基因组的进化,帮助公共卫生人员监控疫情的传播并在群体水平上确定更好的隔离计划。随着时间的推移,对来自不同患者的病毒进行测序,可以确定病毒进化的速度,并了解病毒当下的变化是否会影响其致病性以及诊断效果或治疗效果。PCR旨在检测病原体基因组特定区域的存在,不会在这些快速进化的病原体基因组中识别出新的突变。此外,如果引物或探针结合区域发生突变,PCR的性能可能会受到影响。

流行病学家研究了全球患者样本中病毒基因组的突变,这些信息可用于构建遗传树(或图谱),指示患者之间的传播路径。由于病原体中遗传相似性而形成的群体属于同一传播链中的患者。这些传播链使公共卫生人员能够快速确定病原体的来源,追踪流行病的路径,了解传播途径并制定适当的控制措施。

鸟枪法宏基因组学测序工作流程可检测新的和已知的物种。面对未知的疫情时,人们通常会使用多种分子诊断测试,这可能会增加不必要的开销并延迟病原体的鉴定。鸟枪法宏基因组学测序可以通过单个全面的筛选检测来识别和鉴定病原体。这种研究工作流程有助于加速疫情调查,并支持针对大规模筛选工作的新实验室检测的开发。

靶向富集工作流程可以提供检测病毒所需的高灵敏度,以及有关其流行病学和进化的信息。一旦确定了病原体,例如SARS-CoV-2,研究人员就可以使用该工作流程来优化感染控制策略(包括监控何时可以降低隔离机制并恢复正常活动),以及开发疫苗。

这些使用Illumina测序的互补工作流程可与传统测试方法一起执行,并集成到综合性爆发响应模型中。

Respiratory Virus Oligo Panel试剂盒中有7,800个探针可检测呼吸道病毒、当前的流感病毒株和SARS-CoV-2,还包含作为阳性对照的人类探针。这些探针是80-mer寡核苷酸,彼此间隔很近,可完全覆盖panel中所有病毒的基因组。panel可检测的病毒包括:

  • 人冠状病毒229E
  • 人冠状病毒NL63
  • 人冠状病毒OC43
  • 人冠状病毒HKU1
  • SARS-CoV-2
  • 人腺病毒B1型
  • 人腺病毒C2型
  • 人腺病毒E4型
  • 人博卡病毒1型(灵长类博卡病毒1型分离株st2)
  • 人博卡病毒2c型PK分离株PK-5510
  • 人博卡病毒3型
  • 人副流感病毒1型
  • 人副流感病毒2型
  • 人副流感病毒3型
  • 人副流感病毒4a型
  • 人类偏肺病毒(CAN97-83)
  • 呼吸道合胞病毒(A型)
  • 人类呼吸道合胞病毒9320(B型)
  • 甲型流感病毒(A/Puerto Rico/8/1934(H1N1))
  • 甲型流感病毒(A/Korea/426/1968(H2N2))
  • 甲型流感病毒(A/New York/392/2004(H3N2))
  • 甲型流感病毒(A/goose/Guangdong/1/1996(H5N1))
  • 人博卡病毒4型NI病毒株HBoV4-NI-385
  • KI多瘤病毒Stockholm 60
  • WU多瘤病毒
  • 人双埃柯病毒1型PicoBank/HPeV1/a
  • 人双埃柯病毒6型
  • 人鼻病毒A89
  • 人鼻病毒C型(病毒株024)
  • 人鼻病毒B14
  • 人类肠病毒C104病毒株:AK11
  • 人类肠病毒C109分离株NICA08-4327
  • 甲型流感病毒(A/Zhejiang/DTID-ZJU01/2013(H7N9))
  • 甲型流感病毒(A/Hong Kong/1073/99(H9N2))
  • 甲型流感病毒(A/Texas/50/2012(H3N2))
  • 甲型流感病毒(A/Michigan/45/2015(H1N1))
  • 乙型流感病毒(B/Lee/1940)
  • 乙型流感病毒(B/Wisconsin/01/2010)
  • 乙型流感病毒(B/Brisbane/60/2008)
  • 乙型流感病毒(B/Colorado/06/2017)
  • 乙型流感病毒(B/Washington/02/2019)
  • 人类对照基因

靶向富集是一种重测序方法,可通过与靶点特异性生物素化探针杂交来捕获目标基因组区域。通过杂交捕获方法进行靶向富集可实现高度灵敏的检测,因此不需要高read深度。此外,靶向富集NGS工作流程能够获得近乎完整的目标序列数据,特别适于病毒基因组进化或变异监测等应用。

另外,扩增子测序旨在通过识别病原体基因组的特定区域来检测样本中目标病原体的存在。这种方法无法识别那些迅速进化的病原体基因组中的新突变,而识别新突变是病毒进化或病毒监测研究所必需的。

靶向富集NGS工作流程能够获得近乎完整的目标序列数据,特别适于病毒基因组进化或变异监测等应用。与其他靶向重测序方法相比,比如扩增子测序,通过杂交捕获进行富集可实现更大的探针检测范围,能对目标区域进行更全面的分析。此外,即使在高度变异区域,杂交捕获方案使用的寡核苷酸探针仍然有效,能靶向快速进化的病毒(例如RNA病毒),而这对于基于扩增子的检测方法(例如qPCR)则比较困难。

一旦确定了病原体,扩增子测序即可提供经济、快速且可扩展的SARS-CoV-2检测。用作一般的全基因组测序诊断方法时,它可以覆盖更广泛的目标区域,因此不易受到突变的影响。对于研究,全基因组测序可用于监测病毒突变和系统发育分析。

一旦确定了病原体,病毒富集pannel即可检测完整的SARS-CoV-2基因组和不同样本中的基因组突变,提供高灵敏度的检测和流行病学信息。这些信息有助于确定疫情传播的流行病学信息,帮助公共卫生人员优化感染控制策略。

使用IlluminaRespiratory Virus Oligo Panel进行检测时,可将检测范围扩展到约30个呼吸道病毒家族,而且能让研究人员研究和鉴定与panel中其他病毒的联合感染。

这项基于扩增子的NGS测试(包括2019-nCoV引物)旨在检测SARS-CoV-2病毒的RNA。

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请访问测序平台页面,了解我们的产品系列。测序仪器的选择取决于您常用的测序方法。请参阅上述工作流程,了解各种测序仪适合的测序方法。

Illumina与IDbyDNA合作提供NGS传染性疾病检测解决方案

合作旨在扩展NGS在临床传染性疾病检测中的应用。在COVID-19大流行期间,两家公司已经加快了合作的进程,以此来为全球开展NGS的客户提供更好的支持,帮助他们进行监测。

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llumina and IDbyDNA

技术要点

净化Illumina测序仪器,预防新型冠状病毒感染

根据美国疾病预防控制中心和世界卫生组织的建议,Illumina推荐使用此程序对疑似或已知接触新型冠状病毒SARS-CoV-2(2019-nCoV)的NGS仪器进行消毒。

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铵基清洁产品对测序运行性能的影响

使用基于氨的清洁剂或消毒产品不久后进行测序运行设置可能会导致测序运行性能指标降低。查看注意事项,了解如何避免这些问题。

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Recent COVID-19 NGS News

Creating an Australian COVID-19 Tracking System

In a groundbreaking initiative, public health labs use Illumina technology to sequence the viral genomes of all positive COVID-19 tests in Australia and track COVID-19 across the country, rather than state by state.

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Scaling Up COVID Testing in the U.S.

Illumina recently joined the NIH’s Rapid Acceleration of Diagnostics initiative and is offering a COVID testing service to help make SARS-CoV-2 testing more widely available.

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Accelerating COVID-19 Host Response Research

A collaborative environment leveraging BaseSpace Correlation Engine helps COVID-19 researchers validate hypotheses around important pathways, biomarkers, and potential drug candidate leads.

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Illumina and Helix Collaborate to Assess Prevalence of New Variant

COVIDSeq helps identify the B.1.1.7 strain of the virus. With support from the Centers for Disease Control and Prevention (CDC), Illumina and Helix have already identified more than 50 cases of the new variant in the US.

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鸟枪法宏基因组学支持产品

Illumina Stranded Total RNA Prep with Ribo-Zero Plus

使用多种样本快速制备文库,以无可匹敌的研究灵活性研究编码和非编码转录组。

rRNA Depletion Kit

独立的Illumina Ribo-Zero Plus Kit能去除人、小鼠、大鼠和细菌样本中的核糖体RNA。

NextSeq 2000

能助您探索一系列现有及新兴应用,突破效率,突破极限的开创性台式测序仪。

富集工作流程的支持产品

iSeq 100

iSeq 100系统利用了快速、价优的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术,以及准确的Illumina边合成边测序(SBS)化学技术。

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MiSeq

MiSeq台式测序仪支持靶向测序和微生物基因组应用,测序质量高、数据分析简单和具有云端存储功能。

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Illumina RNA Prep with Enrichment

Illumina RNA Prep with Enrichment是Illumina文库制备产品线中最快速、灵活的RNA靶向测序解决方案。

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Illumina首席医疗官Phil Febbo博士探讨了利用新一代测序的监测抗击SARS-CoV-2冠状病毒的5种主要方法。

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参考文献
  1. Bulcha B. Review on viral metagenomics and its future perspective in zoonotic and arboviral disease surveillance. J Biol Agr Healthc. 2017; 7(21): 35–41.
  2. A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. N Engl J Med. 2020; 382(8): 727–733.