บทนำ – การหาลำดับเบสของโควิด-19
ด้วยความพร้อมใช้งานและราคาที่เข้าถึงได้ของ NGS สำหรับโคโรนาไวรัส การหาลำดับเบสรุ่นถัดไป (NGS) จึงเป็นส่วนสำคัญของการตอบสนองของชุมชนวิทยาศาสตร์ต่อการระบาดใหญ่ของโควิด-19 ข้อมูลจีโนมทำให้สามารถเฝ้าระวังเชื้อโรคได้อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน และพัฒนาชุดตรวจวินิจฉัยและวัคซีนอย่างรวดเร็วโดยอ้างอิงจากลำดับจีโนมของไวรัส
การถอดรหัสจีโนม SARS-CoV-2 ครั้งแรกสุดมาจากนักวิทยาศาสตร์ที่ Shanghai Public Health Clinical Centre ที่ Fudan University ทีมที่นำโดย Prof Yong-Zhen Zhang ได้ถอดรหัสสารพันธุกรรมที่เก็บตัวอย่างเมื่อวันที่ 26 ธันวาคม 2562 จากผู้ป่วยในอู่ฮั่น พวกเขาประกอบจีโนมสำเร็จเมื่อวันที่ 5 มกราคม 2563 ลำดับจีโนมดังกล่าวถูกแบ่งปันให้กับ Prof Eddie Holmes ผู้เชี่ยวชาญด้านไวรัสวิทยา ซึ่งเป็นพันธมิตรด้านการวิจัยมายาวนานของทีมจาก University of Sydney เขาได้อัปโหลดลำดับพันธุกรรมดังกล่าวไปยังฐานข้อมูลสาธารณะเมื่อวันที่ 11 มกราคม ทำให้ทั่วโลกได้รู้จักกับจีโนมของสิ่งมีชีวิตนี้
ข้อมูลลำดับพันธุกรรมนั้นถูกนำไปใช้ทันทีสำหรับความพยายามในการพัฒนาวัคซีน ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับ วัคซีน mRNA สองตัวแรกที่เคยถูกนำไปใช้นอกการทดลองทางคลินิก นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับ ชุดตรวจวินิจฉัย SARS-CoV-2 จำนวนมากที่ใช้กันในปัจจุบัน
แต่ความพยายามในการหาลำดับพันธุกรรมยังไม่หยุดเพียงเท่านั้น ในช่วงต้นปี 2564 มีการถอดรหัสจีโนมของไวรัสมากกว่า 600,000 จีโนม และถูกเผยแพร่สู่สาธารณะในฐานข้อมูล GISAID [1] นี่เป็นจำนวนลำดับจีโนมที่สร้างขึ้นสำหรับเชื้อโรคใดๆ มากที่สุดในระยะเวลาอันสั้นเช่นนี้ การรวบรวมข้อมูลที่น่าทึ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถ ติดตามการแพร่กระจายของไวรัส, ทำแผนที่การแพร่เชื้อ โดยอิงจากข้อมูลวิวัฒนาการชาติพันธุ์ วัดอัตราการกลายพันธุ์ ตรวจจับสายพันธุ์ที่น่ากังวลที่กำลังจะเกิดขึ้น และระบุเหตุการณ์การแพร่กระจายเชื้ออย่างรวดเร็ว
ความสำเร็จเหล่านี้จะเกิดขึ้นไม่ได้เลยหากไม่มีข้อมูลลำดับจีโนมทั้งหมดที่สร้างขึ้นจากตัวอย่างที่แยกเชื้อได้จำนวนมาก ในประเทศต่างๆ เช่น สหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักร ห้องปฏิบัติการได้สร้างขั้นตอนการทำงานของการถอดรหัสพันธุกรรม [2] ที่ออกแบบมาเพื่อรองรับตัวอย่างคงเหลือปริมาณน้อยที่เหลืออยู่หลังจากการทดสอบการวินิจฉัยระดับโมเลกุล แม้ว่าการระบาดใหญ่จะสร้างความเสียหายอย่างร้ายแรง แต่การมีส่วนร่วมของข้อมูล NGS จากห้องปฏิบัติการทั่วโลกได้สร้างยุคที่เปรียบเสมือนยุคทองสำหรับการศึกษาจีโนมของไวรัส
ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ในญี่ปุ่นได้ผลิตและเผยแพร่ลำดับจีโนม SARS-CoV-2 นับหมื่นสู่สาธารณะ ข้อมูลดังกล่าวช่วยให้พวกเขาสามารถตรวจพบการนำเข้าในพื้นที่ [3] ของสายพันธุ์ที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งระบุได้ครั้งแรกในสหราชอาณาจักร แอฟริกาใต้ และบราซิล ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่แพร่เชื้อได้ง่ายกว่าสายพันธุ์เดิมและอาจลดประสิทธิภาพของวัคซีนบางชนิด ลำดับพันธุกรรมที่เพิ่งถูกนำฝากไปยังฐานข้อมูลสาธารณะจากญี่ปุ่นมาจาก Nagasaki University, National Institute of Infectious Diseases และ Ibaraki Prefectural Institute of Public Health
การสนับสนุนข้อมูลลำดับจีโนมล่าสุดอื่นๆ จาก ภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก [4] มาจาก บังกลาเทศ บรูไน จีน ฮ่องกง อินเดีย [5] อินโดนีเซีย [6] ฟิลิปปินส์ เกาหลีใต้ และออสเตรเลีย สถาบันบางแห่งใช้โซเชียลมีเดียเพื่อให้ประชาชนได้รับข้อมูลล่าสุด ตัวอย่างเช่น ศูนย์จีโนมฟิลิปปินส์ได้ทวีตเมื่อเร็วๆ นี้ว่า: “สายพันธุ์ SARS-CoV-2 ที่มีการกลายพันธุ์หลายตำแหน่งที่น่ากังวลในบริเวณโปรตีนหนามถูกตรวจพบครั้งแรกผ่านการถอดรหัสจีโนมทั้งหมดที่หน่วยงานหลักสำหรับการถอดรหัสดีเอ็นเอของ PGC และได้รับการบ่งชี้ลักษณะทางจีโนมในฟิลิปปินส์ และได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการให้เป็นสายพันธุ์ P.3 เมื่อวันที่ 03/10/2564”
ประเทศที่ทำการถอดรหัสพันธุกรรมสัดส่วนของผู้ป่วยโควิด-19 ของตนให้ข้อมูลที่สำคัญยิ่งเกี่ยวกับวิธีการที่ไวรัสกำลังวิวัฒนาการและการกลายพันธุ์ใดที่อาจน่ากังวลที่สุด ตัวอย่างเช่น สายพันธุ์ B.1.1.7 ที่ตรวจพบครั้งแรกในสหราชอาณาจักรและสายพันธุ์ B.1.351 ที่พบครั้งแรกในแอฟริกาใต้ต่างก็มีการกลายพันธุ์มากกว่าที่คาดไว้มาก [7] เมื่อเทียบกับอัตราการวิวัฒนาการปกติของ SARS-CoV-2 ทำให้นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าสายพันธุ์ที่ติดต่อได้ง่ายกว่าเหล่านี้อาจวิวัฒนาการขึ้นในผู้ป่วยที่ทุกข์ทรมานจากการติดเชื้อที่ยืดเยื้อ [8] จำนวนการกลายพันธุ์ที่สูงอาจสะท้อนถึงไวรัสที่ตอบสนองต่อแรงกดดันในการคัดเลือกที่สำคัญและซ้ำๆ จากระบบภูมิคุ้มกัน
ในบางประเทศ เครื่องมือ NGS ยังถูกนำมาใช้สำหรับโครงการเฝ้าระวังชุมชนซึ่งมักจะอิงจากการตรวจน้ำเสีย [9] แนวโน้มที่พบในความหลากหลายและปริมาณของไวรัสในน้ำเสียของชุมชนมักจะบ่งชี้ล่วงหน้าถึงสิ่งที่กำลังจะเกิดขึ้นทางคลินิกในพื้นที่เหล่านั้นในอีกไม่กี่สัปดาห์ต่อมา ข้อมูลนี้สามารถช่วยเป็นแนวทางในการกำหนด นโยบายสาธารณสุข โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับมาตรการบรรเทาผลกระทบ เช่น การล็อกดาวน์ระดับภูมิภาค
นอกจากนั้น โครงการที่ขับเคลื่อนโดยอาสาสมัครที่เรียกว่า MetaSUB [10] ใช้การถอดรหัสพันธุกรรมแบบเมตาจีโนมิกส์ของตัวอย่างที่เก็บจากสถานที่สาธารณะ เช่น ระบบขนส่งมวลชน ในเมืองต่างๆ ทั่วโลก ในช่วงปีที่ผ่านมา ตัวอย่างเหล่านั้นรวมถึงจีโนม SARS-CoV-2 โดยที่ข้อมูลส่วนใหญ่ตรงกับแนวโน้มทางคลินิกที่พบในภูมิภาคเหล่านั้น
“เมื่อประเทศต่างๆ หันมาใช้โครงการถอดรหัสพันธุกรรมจะมีโอกาสเพิ่มเติมในการทำความเข้าใจโลกของเชื้อโรคอุบัติใหม่ได้ดีขึ้น และปฏิสัมพันธ์ของเชื้อโรคเหล่านั้นกับมนุษย์และสัตว์ในสภาพภูมิอากาศ ระบบนิเวศ วัฒนธรรม วิถีชีวิต และชีวนิเวศที่หลากหลาย” Sylvie Briand ผู้อำนวยการฝ่ายเตรียมความพร้อมต่อภัยคุกคามจากการติดเชื้อทั่วโลกขององค์การอนามัยโลก เขียนไว้ในคู่มือที่เพิ่งเผยแพร่เกี่ยวกับการใช้ การถอดรหัสจีโนมสำหรับ SARS-CoV-2 [11] “การบูรณาการการถอดรหัสจีโนมที่รวดเร็วขึ้นเข้ากับการปฏิบัติงานของประชาคมสาธารณสุขโลกเป็นสิ่งจำเป็นหากเราต้องการเตรียมพร้อมรับมือกับภัยคุกคามในอนาคตได้ดียิ่งขึ้น”
การระบาดใหญ่ของโควิด-19 ได้เน้นให้เห็นถึงคุณค่าของการถอดรหัสจีโนมทั้งหมด ตลอดจนความจำเป็นในการเฝ้าระวังโรคติดเชื้อเชิงรุกเพื่อตรวจจับโรคอุบัติใหม่ กอนที่พวกมันจะแพร่กระจายไปทั่วโลก เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องลงทุนทรัพยากรที่เหมาะสมและสร้างโครงสร้างพื้นฐานการเฝ้าระวังเพื่อให้มั่นใจว่าเราจะเตรียมพร้อมได้ดีขึ้นสำหรับภัยคุกคามจากการระบาดใหญ่ครั้งต่อไป
การเฝ้าระวังและระบาดวิทยาเชิงจีโนมเป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของวิธีการที่การวินิจฉัยทางห้องปฏิบัติการ กำลังสนับสนุนการจัดการโควิด-19 หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโอกาสทั้งหมด โปรดดู บทบาทสำคัญของการวินิจฉัยในการจัดการโควิด-19 ซึ่งเป็นรายงานฉบับใหม่ของ Asia Pacific Medical Technology Association (APACMed)
ข้อมูลอ้างอิง:
[1] GISAID Database
[2] Sequencing COVID-19 at the Sanger Institute, The Sanger Institute Blog
[3] The Critical Role of Diagnostics in COVID-19 management, APACMed
[4] Genomic epidemiology of novel coronavirus – Asia-focused subsampling, Nextstrain
[5] “Coronavirus: India hunts for new strains as Covid wave looms”, BBC
[6] “Indonesia ramps up efforts to spot elusive COVID variants”, Nikkei Asia
[7] “The most worrying mutations in five emerging coronavirus variants”, Scientific American
[8] “‘An accelerated cauldron of evolution’: Covid-19 patients with cancer, HIV, may play a role in emergence of variants”, The Washington Post
[9] “Tracking COVID-19 with wasterwater”, Nature Biotechnology
[10] MetaSUB consortium
[11] World Health Organisation Guidelines on Genomic Sequencing of SARS-CoV-2
