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ARTIC Network工作流支持快速精准测序新型冠状病毒:首个该方案的基因组序列发布

12 February 2020

结合纳米孔测序仪,此工作流8小时内即可完成病毒基因组的鉴定。
2020年2月5日,首个基于ARTIC快速测序方案获得的新型冠状病毒基因组序列在GISAID数据库发布。ARTIC Network项目由英国惠康基因会(Wellcome Trust)资助,旨在为病毒爆发开发方案,提供实时的流行病学信息。项目组开发了一组针对新型冠状病毒(2019-nCov)的实验室和生物信息学工作流程,使用纳米孔测序仪, 8小时内即可完成病毒基因组的鉴定。
中国杭州市疾控中心的科学家率先使用ARTIC Network开发的工作流生成了高准确度的新型冠状病毒基因组。目前,国内及国际实验室正在使用该工作流进行针对该病毒的更深入的研究。 
杭州市疾病控制与预防中心李钧博士表示:“杭州市疾控中心率先完成了全国首个仅使用纳米孔数据的新型冠状病毒基因组组装。团队在未使用其他测序技术进行矫正的情况下,获得的最终组装结果与参考基因组一致性为100%。随着疫情的持续发展,在接近样本的地方对病毒进行准确的实时监测,并在短时间内获得有效信息,对了解病毒来源、变异引起的毒力演变和疫情扩散情况进行针对性的防控工作尤为重要。”
英国伯明翰大学和ARTIC项目组的首席研究员Nicholas Loman教授表示:“这项工作是建立在我们为病毒流行病开发快速现场测序解决方案的经验基础上。通过快速产生病毒序列并在开源平台上共享这些数据,可以最大程度地将基因组学数据利用到流行病防控响应中去”
该基因组序列已上传至GISAID公共数据库,为全球更多的科学家开展进一步工作提供借鉴。ARTIC Network开发的工作流包含靶向多重引物组合,RAMPART实时分析软件包,以及完整的从样本制备到可用于分享的基因组序列的分步指南。
基于此前在病毒爆发中积累的经验,以及包括在2013-2016年间西非埃博拉病毒流行中的工作,ARTIC工作小组第一时间迅速响应,提供了优化的新型冠状病毒检测方案 在过去的3年中,ARTIC项目组一直致力于开发针对病毒爆发中样本处理的端到端的测序方案,为公共卫生机构生成可用于迅速判断和执行的实时流行病学信息。 
在包括埃博拉病毒,寨卡病毒、黄热病毒和麻疹病毒等多次疫情中,这支由英国多所院校组成的团队(包括爱丁堡大学、伯明翰大学、剑桥大学、牛津大学、比利时鲁汶大学、加州大学洛杉矶分校和福瑞德·哈金森癌症研究中心)皆开发出了研究方法,提供“手提实验室”作为测序资源和解决方案,并协作当地人员培训。他们目前正在与当地科学家合作,支持正发生在刚果民主共和国的埃博拉疫情,巴基斯坦的脊髓灰质炎病毒监测以及卢旺达的麻疹监测。
ARTIC与Oxford Nanopore携手合作,利用纳米孔实时传递数据的优势,共同开发出8小时端到端的快速工作流。2020年1月31日,Oxford Nanopore200台便携式MinION测序仪启程从英国前往中国,支持国内快速新冠病毒测序及疫情监控。
基因组数据对疫情爆发的影响
在病毒爆发期间,前瞻性的基因组数据有助于提供该病毒与其他病毒的亲缘关系、进化模式、地理分布和人类宿主等相关信息。这些信息可用于协助流行病学调查,尤其是在结合使用其他类型的数据(例如病例数量)时。更快速的获取并共享数据,将有助于更好的响应公共卫生挑战。
快速获得病原体序列数据同样能够支持开发疫苗和提升诊断能力。
Nanopore 测序
Oxford Nanopore开发了一系列基于纳米孔测序的设备,从手持测序仪MinION到大规模测序仪PromethION。该设备可实时对DNA或RNA进行测序,从而提供快速的见解。纳米孔可处理任意长度的序列片段,因此可以根据需要对非常长的序列进行测序。该技术已被用于包括传染病和食源性病原体在内的多个疫情暴发场景,尤其是在对耐药性病原体的理解上。除微生物学外,纳米孔测序还用于许多其他科学研究领域,包括人类遗传学、癌症研究、植物和环境应用。
疫情中的数据共享:致谢
以上资源信息皆源于公开分享的病毒基因组序列。该基因组序列信息(MN908947)由上海公共卫生临床中心,武汉中心医院,华中科技大学,武汉疾病控制预防中心,中国疾病预防控制中心,澳大利亚悉尼大学共同合作完成。
关于 ARTIC
RNA病毒(如埃博拉、MERS病毒、SARS病毒、流感病毒等)的快速进化可导致其基因组中的变化不断累积,这些信息可被用于重建流行病学致病过程。ARTIC是一个由研究学者和公共卫生研究人员组成的国际网络,并创建了可部署到偏远且资源有限地区的 “手提箱实验室”。针对一系列新兴的病毒性疾病,将基于Oxford Nanopore Technoloies开发的单分子便携式测序仪MinION生成的测序序列与分析平台紧密连接,并整合相关的流行病学知识,可在极其迅速的时间内揭示传染病的传播、病毒进化和流行病学关联。这种实时的方法能够在患者样本采集后的数天内提供可行的流行病学见解。
资源:
Oxford Nanopore 产品目前仅供研究使用。