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流调溯源大揭秘!病毒测序是如何进行的?

疫情何时结束?过年能否回家?成为了最近大家最关心的问题。目前新一轮的疫情已在河北、北京、吉林、黑龙江等地呈散发之势,上海、南宁、晋中等地也有新发零散病例出现。


就此现状,国务院紧急出台了进一步做好当前疫情防控工作的通知(以下简称《通知》),除了提升核酸检测能力、严抓隔离管控外,有一点值得每一个科研党引起重视:加强流调溯源力量[1]


什么是流调溯源?


国务院《通知》强调:针对「人传人」、「人传物」、「物传人」等现象要开展多链条追溯分析,摸清疫情传播的脉络。这后半句话便是「流调溯源」的关键。


流调,是流行病学调查的简称,是传染病防控中一项十分重要的工作。流行病学调查人员,在战疫中就好比「侦察兵」一样的存在,及时有序地流调,可以帮助我们快速地锁定传染源与密切接触者。


通过对确诊病例、无症状感染者,以及中高风险地区流入流出的人员进行追踪溯源,摸清其活动轨迹,锁定密切接触者及相关人员,可迅速采取隔离管控等措施,阻止病毒进一步扩散。


从「人传人」和「物传人」的思路出发,有助于疾控人员理清流调溯源的大致方向,但想要回答病毒究竟源自何方?到底是本土原生还是「舶来客」,只有基因检测才能给到我们明晰而准确的答案。


这一点在《通知》中也得到了明确体现,第 11 条特别强调,提升病毒基因测序能力。针对全国疫情多点散发防控需要,完善病毒基因测序能力布局,在中国疾控中心做好病毒基因测序工作的基础上,发挥中国医学科学院、军事科学院军事医学研究院及有条件省份相关机构的病毒基因测序优势,加强技术人员培训,做好数据分析比对,提高病毒基因测序准确性。




高通量测序是溯源的主要技术手段


随着基因组学技术的发展,高通量测序技术已经能够做到不依赖于微生物培养,直接对临床样本中的核酸进行测序,继而与数据库进行比对,实现溯源、检测、分型和耐药评估等多方面的目的。鉴于此,这项技术已经成为目前新冠病毒溯源分型的主要手段。



通过高通量测序,研究者可在第一时间获取病毒的全部基因信息,并将其与全球其他地区的病毒的序列进行比对,根据相同和相异的序列信息来解释病毒的来源、传播、变异演化,为后续的流调指明方向,也为相关病例的追踪溯源提供重要依据。


在这一领域,世界各国的科学家和疾控工作者不但在理论上进行了大量探索,诸多一线实践也充分说明了高通量测序在新冠病毒流调溯源中的巨大价值。


前不久,Nature Microbiology 刊文介绍了苏格兰格拉斯哥大学病毒研究所的工作[2]。研究者对 1,314 个患者样本中的病毒进行了高通量全基因组测序,并使用系统发育和流行病学相结合的方法确定了意大利和西班牙是苏格兰地区新冠病毒的主要来源。


基于高通量测序技术核苷酸序列的分类方法有多位点分子标记(multilocus sequence typing,MLST),全基因组单核苷酸多样性(whole genome single nucleotide polymorphisms,whole genome SNP)[3]


  • MLST 又可以有多种方法,这些方法在分辨率可以扩展。可以组装从少量基因座(例如常规 MLST 和使用 53 个核糖体基因的核糖体 MLST(ribosomal MLST,rMLST))到整个基因组水平的方案:整个基因组 MLST(whole genome MLST,wgMLST);另外还有一种核心基因组 MLST(core genome MLST,cgMLST),通过将存在于特定微生物群中大多数分离株中的那些位点包括在内,从而使方案中使用的位点数量以达到最大可能的分辨率;

  • 全基因组 SNP 是高度信息化的标记,能够揭示同源物种的进化历史并检测和追踪爆发。其通过将目标物中的序列数据与参考基因组进行比较来检测这些序列,然后记录数据集中变化的核苷酸。目前全基因组 SNP 是国内疾控体系主要使用的比对方法。


加之全球研究者提供的基因数据日益丰富,在进行病毒进化动力、传播链、溯源及流行病学状况等信息的分析时,效率也将得到大幅提高。



高通量测序技术的应用


值此冬春之际,新冠疫情在我国呈现局部多点爆发的态势。高通量测序技术正在有力推动各地的流调溯源工作。


  • 1 月 19 日,疾控人员对北京大兴区报告的 2 例本地确诊病例的新冠病毒样本进行全基因组测序分析发现,2 例病毒均属于 L 基因型欧洲家系分支 1(B.1.1.7),为同一传播链,可以确定其与北京既往报告的病例并无联系,感染来源为境外输入[4]

  • 此外,太原市疾控中心使用 Illumina 二代测序平台成功完成 2 份新冠病毒序列测定,得到了满足后续分析要求的数据[5]


相信高通量测序技术的应用,在今后的传染病溯源、防控措施制定等方面,将提供更及时、准确、科学的实验室数据支撑,成为打赢新冠防疫战的重要力量。


【参考资料】:


[1] 《国务院应对新型冠状病毒感染肺炎疫情联防联控机制关于进一步做好当前新冠肺炎疫情防控工作的通知》国办发明电〔2021〕1 号,2021-01-20.

[2] da Silva Filipe A, Shepherd J G, Williams T, et al. Genomic epidemiology reveals multiple introductions of SARS-CoV-2 from mainland Europe into Scotland[J]. Nature microbiology, 2021, 6(1): 112-122.

[3] Madison E. Pearce, Nabil-Fareed Alikhan, Timothy J. Dallman, et al. Comparative analysis of core genome MLST and SNP typing within a European Salmonella serovar Enteritidis outbreak. International Journal of Food Microbiology 274 (2018):1-11

[4] https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_10880479

[5] http://www.sxcdc.cn/Article/22720.html


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