解析|高通量测序技术是如何应用于新冠病毒研究的

新型冠状病毒肺炎确诊人数还在增加,疫情牵动人心,截止到2月13日16:00,全国已有确诊病例59888例,疑似病例16067例。

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高通量测序技术又称“下一代”测序技术,以能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定和一般读长较短等为标志。因其高通量、不依赖于已知核酸序列和具有更高的灵敏度,在新型冠状病毒的鉴定、分型、溯源、诊断等方面都展现了重要作用。我们现罗列疫情以来,NGS技术在新冠病毒研究方面的应用,以飨读者。

一、NGS应用于COVID-19的病原鉴定

2019年12月中旬以来,中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所、中国科学院武汉病毒研究所[1]、中国疾控中心、山东第一医科大学、湖北省疾控中心等机构都先后通过全基因组测序等技术,获得了病毒全基因组序列,确认了病原为以前未知的 β 冠状病毒。中国于1月10日公布了新冠状病毒的完整基因组序列。NGS在新型冠状病毒的鉴定中发挥了重要作用。


NGS应用于COVID-19的病毒溯源

中国疾控中心、山东第一医科大学等机构的研究人员通过高通量测序发现,SARS-CoV-2与2018年在中国东部舟山发现的两种蝙蝠相关冠状病毒ZC45和ZXC21密切相关,同源性约为88%。相比之下,SARS-CoV-2与SARS-CoV和MERS-CoV的亲缘关系更远,同源性分别为79%和50%[2](图1)。


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 1.SARS-CoV-2及β冠状病毒属代表性病毒的系统进化分析(图片来自原文)


石正丽团队对5位患者肺泡灌洗液进行 mNGS 测序,87.1%的去人源后 reads 比对,之后用 targeted PCR 和从头组装得到完整的SARS-CoV-2病毒全长序列(29891 bp),整个序列与 SARS-CoV的相似性在79.5%[3]。2月7日,华南农业大学官方网站发布消息称,华南农业大学、岭南现代农业科学与技术广东省实验室分析了1000多份宏基因组样品,发现穿山甲分离到的病毒株与目前感染人的毒株序列相似度高达99%。提示穿山甲为此次新型冠状病毒潜在中间宿主。NGS为揭示病毒传播途径与追溯传染源头提供支撑。


NGS应用于COVID-19的病原学诊断


基因测序是能够动态追踪病毒变异的唯一方法。高通量测序通过文库制备、上机测序与数据比对分析,能够及时发现病毒是否变异。新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》阐述的病例确诊方式就包括“呼吸道标本或血液标本病毒基因测序,与已知的新型冠状病毒高度同源”,相较于RT-PCR检测,基因测序能够动态监测病毒变异,在准确性和通量上也具有优势。

翊圣生物提供NGS建库解决方案

考虑到病原体随时会有变异可能以及阳性检出率问题,NGS技术无疑会弥补这一缺陷,制备高质量的RNA文库至关重要,翊圣生物深耕NGS多年,可以提供基于MGI & Illumina平台的高效建库试剂盒。

依据现有的技术流程,翊圣生物提供以下三种解决方案

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RNA建库方法

试剂类别

产品名称

货号

核糖体去除

Hieff NGS® MaxUp rRNA Depletion Kit (Human/Mouse/Rat) MaxUp

12253ES

Hieff NGS® RNA Cleaner

12602ES

华大平台

RNA建库

Hieff NGS® Dual-Mode RNA Library Prep Kit for MGI®

13345ES

Illumina平台

RNA建库

Hieff NGS® Dual-Mode RNA Library Prep Kit for illumina®

12251ES


先反转后DNA建库方法

试剂类别

产品名称

货号

逆转录酶

Hifair® V Reverse Transcriptase 第五代耐热逆转录酶

11300ES

华大平台

酶切法建库

Hieff  NGS® OnePot II DNA Library Prep Kit for MGI®

13321ES

Illumina平台

酶切法建库

Hieff  NGS® OnePot II DNA Library Prep Kit for illumina®

12204ES


RNA转座酶建库方法


 

配套试剂

试剂类别

产品名称

货号

环化试剂盒

Hieff NGS® Fast-Pace DNA Cyclization Kit for MGI® 

13341ES

华大平台

接头

Hieff NGS® Complete Adapter Kit for MGI®, Set 1,2,3

13360ES - 13362ES

Illumina平台

单端接头

Hieff NGS® Complete Adapter Kit for Illumina®, Set 1,2,3,4

12615ES - 12618ES

Illumina平台

双端接头

Hieff NGS® 384 Dual Index Primer Kit for Illumina® ,Set 1,2

 12613ES - 12614ES

DNA磁珠

Hieff NGS® DNA Selection Beads

12601ES

Qubit试剂

dsDNA HS Assay Kit for Qubit

12640ES

 

参考文献

[1] Zhu N, et al. A Novel Coronavirusfrom Patients with Pneumonia in China. The New England Journal of Medicine ,2019. DOI: 10.1056/NEJMoa2001017

[2] rof Roujian Lu, MSc * Xiang Zhao, MD * Juan Li, PhD * Peihua Niu, PhD * Bo Yang, MSc * Honglong Wu, MSc * et al.Genomic characterization and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding,2020.DOI:https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30251-8

[3] Zhou P, et al. Discovery of a novel coronavirusassociated with the recent pneumonia outbreak in humans and its potential batorigin. bioRxiv, 2020. doi: https://doi.org/10.1101/2020.01.22.914952

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