Nature Communications | 澳大利亚科研人员开发快速基因组策略追踪冠状病毒

原标题：Nature Communications | 澳大利亚科研人员开发快速基因组策略追踪冠状病毒

日期：2020/12/09

杂志：Nature Communications

杂志影响因子：11

原文标题：Analytical validity of nanopore sequencing for rapid SARS-CoV-2 genome analysis

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-20075-6

来源：澳大利亚 Garvan Institute of Medical Research

摘要

得益于尖端的“纳米孔”基因组测序技术，加文医学研究所和悉尼新南威尔士大学柯比研究所的研究人员开发了迄今为止澳大利亚最快速的冠状病毒基因组测序策略。 技术进步有可能为SARS-CoV-2感染病例之间的关联提供关键，及时的线索。

SARS-CoV-2病毒每次在人与人之间传播时，都可能产生复制错误，从而改变其30,000个遗传字母中的几个。通过识别这种遗传变异，可以确定冠状病毒的不同病例以及知道可能从何传播而来的。基因组测试对于追踪病毒传播至关重要，如果仅通过调查已知的流行病学接触者仍不能清楚其来源。通过重建病毒的进化历史或“家谱”，可以有助于了解COVID-19传播以及识别所谓的“超级传播者”。Garvan金霍恩临床基因组学中心的基因组技术小组负责人，原文的通讯作者Ira Deveson博士说：“当发现新的'神秘'冠状病毒病例时，每一分钟都很重要。在Garvan，我们重新利用了基因组测序功能，可以在短短几个小时内快速分析冠状病毒基因组” 。

内容

开拓性的快速基因组学。快速查明SARS-CoV-2传播至关重要。 新南威尔士州健康病理学已与Garvan研究所和Kirby研究所合作开发了更快的SARS-CoV-2基因组测序功能，从而潜在地增强了接触示踪剂采取快速行动隔离和监测潜在接触者的能力。 Garvan的研究人员已经优化和调试最先进的牛津纳米孔技术的实验方法，可以在不到四个小时的时间内对SARS-CoV-2进行测序。 Garvan的金霍恩临床基因组学中心是澳大利亚首家建立和应用这种纳米孔技术进行SARS-CoV-2基因组监测的设施。

高精度新兴技术。当前的金标准方法一次只能读取100-150个遗传字母的短基因序列，而纳米孔技术对可测序的DNA片段的长度没有上限，并且能够更快地确定一个完整的病毒基因组序列。然而，与许多新兴技术一样，人们也对纳米孔测序的准确性感到担忧。 在论文中作者解决了这些问题，其中报告了对冠状病毒基因组测序方案进行严格分析评估的结果。研究人员的分析表明，纳米孔测序方法具有很高的准确性（在157个SARS-CoV-2阳性患者标本中检测出的变异体的灵敏度> 99％，精度> 99％），并提供了最佳实践指南，研究人员希望这些指南将 促进全球其他团队对该技术的采用。研究人员说，纳米孔测序甚至可以通过启用即时护理点测序并缩短关键病例的周转时间来增强SARS-CoV-2的监测。Nanopore设备更便宜，更快，更便携，并且不需要当前标准病原体基因组学工具所需的实验室基础设施。

SARS-CoV-2全基因组ONT测序的变异检测性能

图1

通过在匹配的SARS-CoV-2标本上进行ONT测序，一致水平变异频率（80-100％）上检测Illumina比较SNV的灵敏度（n = 157）。图1C显示使用Illumina和ONT测序，在亚共识频率（20-80％）下检测到的SNV候选者观察到的变异频率的相关性。 使用ONT检测到但未检测到Illumina的候选者被认为是假阳性（FP；红色），使用Illumina检测到但未检测到ONT的候选者被认为是假阴性（FP；粉色）。总而言之，ONT测序可实现SARS-CoV-2患者分离株中共有水平的SNV的高精度和可重复性检测，但通常不适合检测小的indel变异体。

使用Varscan2，在ONT测序文库中确定了154个亚共识SNV候选基因。在Illumina比较集中检测到119个SNV（灵敏度= 76.3％）和25个假阳性（精度= 82.6％）。用这两种技术鉴定的变体的读计数频率是相关的（R2 = 0.69），表明它们是真正的变体，而不是人为的（图1c）。虽然亚共识性SNV检测的总体性能相当差，但大多数假阳性和假阴性都局限于此处评估的频率范围的下限（图1c，d）。例如，以较高的灵敏度（95.7％，91.3％）和精度（100％，97.7％）检测到处于较高（60