简介——COVID19 下一代测序工具
由于冠状病毒 NGS 的可用性与可负担性，下一代测序 (NGS) 工具已成为科学界应对 COVID-19 疫情的必备组成部分。基于病毒基因组序列，基因组数据实现了对病原体前所未有的监测，并推动了诊断检测与疫苗的快速开发。
针对急性重症呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 基因组的第一批研究来自复旦大学附属上海市公共卫生临床中心的科学家。Yong-Zhen Zhang 教授率领的团队对 2019 年 12 月 26 日从武汉一名患者身上采集的分离物进行了测序；他们于 2020 年 1 月 5 日完成了基因组组装。 该团队将该基因组序列共享给了长期研究伙伴——University of Sydney 的病毒学家 Eddie Holmes 教授。他于 1 月 11 日将序列上传至公共数据库，向全世界介绍了该有机体的基因组。
该序列数据立即被部署用于疫苗开发工作，为随后首批在临床试验之外投入使用的两种 mRNA 疫苗奠定了基础。该数据也是今天使用的许多急性重症呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 诊断检测的基础。
但测序工作并未就此停止。到 2021 年初，已对 60 多万个病毒基因组进行测序，并在 GISAID 数据库中公开共享 [1]。在如此短的时间内生成的基因组序列数量，超过了针对任何其他病原体所产生的总量。这一宝贵的数据集使科学家能够追踪病毒传播路径、通过系统发育数据绘制传播图谱、测算病毒变异速率、发现新出现且值得关注的变异株，并识别超级传播事件。
如果没有从如此多的分离株中生成的全基因组序列数据，这些成果根本无法实现。在美国和英国等国家/地区，实验室已经建立了测序工作流程 [2]，旨在容纳运行分子诊断检测后遗留的少量残留样本。尽管这场疫情堪称毁灭性，但来自全球实验室的 NGS 数据贡献已然开创了病毒基因组学研究的黄金时代。
例如，日本的科学家已经出具并公开分享了数万个急性重症呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 基因组序列。这些信息使他们得以发现最初在英国、南非和巴西识别的新型变异毒株已局部传入 [3]，这些变异毒株比原始毒株更具传染性，并可能削弱某些疫苗的保护效果。最近从日本存入公共数据库的序列来自 Nagasaki University、National Institute of Infectious Diseases 以及 Ibaraki Prefectural Institute of Public Health。
亚太地区 [4] 最近贡献的其他基因组序列来自孟加拉国、文莱、中国、中国香港、印度 [5]、印度尼西亚 [6]、菲律宾、韩国和澳大利亚。某些机构正在利用社交媒体让居民了解最新信息。例如，Philippine Genome Center 最近发推称：“经 PGC DNA 测序核心实验室通过全基因组测序，首次发现了在刺突蛋白区域携带多个值得关注突变的急性重症呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 变体，其已在菲律宾完成基因组特征分析，该变体在 2021 年 3 月 10 日正式被命名为 Lineage P.3。”
那些对足量且有代表性的 COVID-19 病例进行基因组测序的国家/地区，正在持续提供关键信息，帮助人们了解病毒的演变趋势，以及哪些突变最值得警惕。例如，最初在英国检测到的 B.1.1.7 变体和在南非发现的 B.1.351 变体，其携带的突变数量远超根据急性重症呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 标准进化速率所预期 [7] 的水平，因此科学家推测这些传染性更强的变体可能演化产生自长期感染患者体内 [8]。大量突变可能反映了病毒在免疫系统施加的持续且强烈的选择性压力下所产生的进化。
在一些国家/地区，NGS 工具已被应用于基于废水的社区监测计划 [9]。社区废水中病毒多样性与载量的变化趋势，往往能提前数周预示该地区后续将出现的临床病例情况；这些信息有助于指导公共卫生政策的制定，特别是在实施区域性封锁等缓解措施时格外有效。
另外，一项名为 MetaSUB [10] 的志愿者驱动项目通过采集全球各大城市公共交通系统等公共场所的样本进行宏基因组测序。去年，这些样本包括急性重症呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 基因组，数据与这些地区的临床趋势基本相符。
“随着越来越多的国家开始实施测序计划，将有更多机会更好地了解新兴病原体的世界及其在各种气候、生态系统、文化、生活方式和生物群中与人类和动物的相互作用”，World Health Organisation 全球传染性危害防范司司长 Sylvie Briand 在最近发布的一份急性重症呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 基因组测序使用指南中写道 [11]，“如果我们想针对未来的威胁做好更充分的准备，就必须加快将基因组测序纳入全球卫生界的做法。”
COVID-19 疫情凸显了全基因组测序的价值，同时也需要积极主动的传染病监测，以便在新发疾病蔓延全球之前及时发现。必须投入适当的资源并建立监测基础设施，以确保我们为下一次的疫情威胁做好更充分的准备。
基因组监测与流行病学只是实验室诊断如何为 COVID-19 管理提供支持的一个示例。如需了解更多关于各种机会的信息，请查看 Asia Pacific Medical Technology Association (APACMed) 新发布的报告《诊断在 COVID-19 管理中的关键作用》。
参考文献：
[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
