Coronavirus Sequencing

Coronavirus

NGS如何助力抗击COVID-19

新一代测序(NGS)为鉴定冠状病毒株和其他病原体提供了一种高效且无偏好的方法,技术本身摆脱了研究者自身对病原学知识的局限1。对于快速传播的SARS-CoV-2冠状病毒的新型变异,如阿尔法(B.1.1.7)、贝塔(B.1.351)、伽玛(P1,巴西)、德尔塔(B.1.617.2)和奥密克戎(B.1.1.529)的担忧日益增加,凸显了用更多测序快速检测突变、防止新病毒株传播的需求。在疫情爆发初期,研究人员使用测序技术鉴定出了导致COVID-19的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)2。NGS还可为公共卫生人员、疫苗和药物开发商以及研究人员提供关键证据,帮助实验室:

  • 跟踪病毒在全球的传播途径
  • 快速检测突变,防止新病毒株传播
  • 鉴定可能影响疫苗效力或现有分子诊断检测方法无法识别的病毒突变
  • 筛选潜在的COVID-19治疗靶点
  • 识别并鉴定呼吸道合并感染和抗菌药物耐药性等位基因
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How Illumina is fighting COVID-19 and finding solutions to identify and track novel strains of SARS-CoV-2

Watch how Illumina developed the COVIDSeq Test in record time with the dedication and collaboration of all our employees in the video presentation. Also, learn how the COVIDSeq Assay enables labs to identify and track the emergence and prevalence of novel strains of SARS-CoV-2.

Learn more about COVIDSeq Test

Learn more about COVIDSeq Assay

针对任何实验室的SARS-CoV-2监测
COVIDSeq检测(96个样本)让任何规模的实验室都可以检测SARS-CoV-2病毒突变,为防止新型病毒株的传播提供重要信息。
Detect & Characterize Coronavirus Mutations

利用NGS检测和表征冠状病毒变异

随着冠状病毒不断变异,可能出现威胁公众健康新变种。监测和监控极为重要,因为突变可能导致更强的传播性或传染性。这些冠状病毒变异会降低疫苗的有效性/保护性,甚至逃避检测诊断。3

NGS是一项用于COVID-19等传染病基因组监测的重要技术。与PCR技术不同,NGS不仅能追踪冠状病毒突变毒株的传播,还能鉴定新型冠状病毒突变。使用NGS,科学家可以检测低频次要变异和多种多态性以及新变异。

NGS全基因组菌株分型可以快速识别并鉴定突变,从而防止进一步传播。菌株水平的追踪可支持爆发聚集地和传播途径的识别。

相反,PCR旨在检测病原体基因组特定区域,不会在这些快速进化的病原体基因组中识别出新的突变。此外,如果引物或探针结合区域发生突变,PCR的性能可能会受到影响。

Overview of coronavirus sequencing methods

Amplicon sequencing

Detect and characterize SARS-CoV-2 coronavirus by sequencing the whole viral genome. This method involves analyzing the entire genome with ultra-deep sequencing of PCR amplicons.

Hybrid capture sequencing

Detect and characterize coronaviruses, flu viruses, and other pathogenic respiratory tract organisms, as well as associated antimicrobial resistance alleles. These insights can help researchers monitor respiratory infections and optimize infection control strategies. This method captures genomic regions of interest via hybridization to target-specific probes.

Shotgun metagenomics

Comprehensively sequence all organisms in a given sample and identify novel pathogens such as coronaviruses. This NGS method can help accelerate outbreak investigations and support development of new laboratory tests.

各种冠状病毒NGS检测方法的对比

  SARS-CoV-2检测 呼吸道病原体的检测和监测 检测新的病毒
检测需求 扩增子
Illumina COVIDSeq检测(RUO)
COVIDSeq检测
靶向富集 鸟枪法宏基因组学测序
速度与周转时间      
可扩展且经济高效      
识别新病原体      
追踪传播      
检测突变      
鉴定合并感染和复杂疾病      
检测抗菌药物耐药性      

充分满足实验室的检测需求

部分满足实验室的检测需求

关于冠状病毒测序方法的更多信息

扩增子测序

通过对病毒基因组的特定区域进行测序,检测SARS-CoV-2冠状病毒的存在。该方法会使用PCR扩增子的超深度测序来分析目标基因组区域。

靶向富集测序

检测并表征冠状病毒、流感病毒和其他致病性呼吸道微生物,以及相关的抗菌药物耐药性等位基因。这些信息可以帮助研究人员监测呼吸道感染并优化感染控制策略。该方法通过与特定靶点探针的杂交捕获目标基因组区域。

鸟枪法宏基因组学测序

对给定样本中的所有生物体进行全面测序,鉴定冠状病毒等新型病原体。这种NGS方法有助于加速疫情调查,并支持新实验室检测方法的开发。

特色SARS-CoV-2扩增子测序工作流程

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COVID-19 NGS在线讲座

抗击SARS-CoV-2中的基因组学应用

两位前沿的传染病研究人员讨论了如何利用基因组测序技术应对COVID-19大流行。

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SARS-CoV-2的临床宏基因组学分析

这次COVID-19大流行让我们认识到,我们需要新的工具来检测和监测新出现的病原体,例如SARS-CoV-2。NGS可以对冠状病毒的进行初步检测,并加快检测和疫苗开发速度。

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利用NGS检测和监测SARS-CoV-2

了解NGS在应对COVID-19大流行中具备广泛的应用,从最初的检测和表征新型冠状病毒到监控、监测以及诊断检测。

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冠状病毒测序应用说明

检测呼吸道病原体和抗菌药物耐药性

快速靶向富集测序可检测各种呼吸道病原体(包括SARS-CoV-2、流感病毒和真菌)以及相关的抗菌药物耐药性等位基因。

呼吸道病原体ID/AMR工作流程应用说明
呼吸道病原体ID/AMR工作流程的分析性能应用说明
寻找并表征呼吸道病毒

高灵敏度的快速靶向富集测序工作流程,可用于检测和表征冠状病毒、流感病毒和其他呼吸道病毒。

阅读应用说明
使用Illumina MiniSeq系统快速检测呼吸道病毒

MiniSeq快速试剂将测序时间缩短至不到5小时,可以快速检测冠状病毒和其他呼吸道病毒。

阅读应用说明
冠状病毒软件工具
这些工具可以加速冠状病毒测序数据的分析、简化样本追踪、促进宿主反应研究,以及帮助科学家更好地为公共数据库做出贡献。

常见问题

从根本上来说,诊断检测可以帮助临床医生管理患者,而传染性疾病监测有助于管理人群。

诊断检测可为每个患者提供重要的是/否答案,以便提供适当的管理。

监测有助于公共卫生人员追踪疫情路径,了解传播途径,确定病毒进化的速度以及病毒当下的变化是否会影响诊断效果或治疗效果。

NGS可以对患者样本中的新型病原体进行无偏好的检测,且无需事先了解该生物体。

传染病检测的一个关键挑战是许多导致人类呼吸道疾病、消化系统疾病和其他疾病的微生物(包括病毒)尚未被研究和鉴定,因此无法通过靶向方法(例如PCR)来了解或检测它们。PCR检测的开发需要病原体基因组知识。NGS在发现这些未知的新病原体中起着至关重要的作用,它获得的基因组序列可用于开发常规检测(例如PCR),帮助临床医生管理患者。

NGS可用于追踪病原体基因组的进化,帮助公共卫生人员监控疫情的传播并在群体水平上确定更好的隔离计划。随着时间的推移,对来自不同患者的病毒进行测序,可以确定病毒进化的速度,并解决病毒当下的变化是否会影响其致病性以及诊断效果或治疗效果。PCR旨在检测病原体基因组特定区域的存在,不会在这些快速进化的病原体基因组中识别出新的突变。此外,如果引物或探针结合区域发生突变,PCR的性能可能会受到影响。

流行病学家可以利用NGS研究全球患者样本中的病毒基因组突变。他们可以利用这些信息构建遗传树(或图谱),从而指示患者间的传播路径。由于病原体中遗传相似性而形成的群体属于同一传播链中的患者。这些传播链使公共卫生人员能够快速确定病原体的来源,追踪流行病的路径,了解传播途径并制定适当的控制措施。

A 鸟枪法宏基因组学测序工作流程可以对新物种和已知物种进行测序。在涉及未知病原体的爆发事件中,人们通常会使用多种分子诊断检测;这可能会增加不必要的开销并延迟病原体的鉴定。鸟枪法宏基因组学测序可以作为一种综合的筛查检测方法,用于识别和表征病原体。这种研究工作流程有助于加速疫情调查,并支持针对大规模筛选工作的新实验室检测的开发。

识别出SARS-CoV-2等病原体后,靶向富集工作流程就可以提供检测病毒所需的高灵敏度,并提供病毒传播和进化的相关信息。这些信息可以帮助研究人员优化感染控制策略(包括监测何时可以降低隔离机制并恢复正常活动),且有助于疫苗的开发。

这些使用因美纳测序的互补工作流程可与传统测试方法一起执行,并集成到综合性爆发响应模型中。

Respiratory Virus Oligo Panel中有7,800个探针,可用于对常见的呼吸道病毒、当前的流感病毒株、SARS-CoV-2和其他冠状病毒进行测序,以及作为阳性对照的人类探针。这些探针是80-mer寡核苷酸,彼此间隔很近,可完全覆盖panel中所有病毒的基因组。panel可检测的病毒包括:

  • 人冠状病毒229E
  • 人冠状病毒NL63
  • 人冠状病毒OC43
  • 人冠状病毒HKU1
  • SARS-CoV-2
  • 人腺病毒B1型
  • 人腺病毒C2型
  • 人腺病毒E4型
  • 人博卡病毒1型(灵长类博卡病毒1型分离株st2)
  • 人博卡病毒2c型PK分离株PK-5510
  • 人博卡病毒3型
  • 人副流感病毒1型
  • 人副流感病毒2型
  • 人副流感病毒3型
  • 人副流感病毒4a型
  • 人类偏肺病毒(CAN97-83)
  • 呼吸道合胞病毒(A型)
  • 人类呼吸道合胞病毒9320(B型)
  • 甲型流感病毒(A/Puerto Rico/8/1934(H1N1))
  • 甲型流感病毒(A/Korea/426/1968(H2N2))
  • 甲型流感病毒(A/New York/392/2004(H3N2))
  • 甲型流感病毒(A/goose/Guangdong/1/1996(H5N1))
  • 人博卡病毒4型NI病毒株HBoV4-NI-385
  • KI多瘤病毒Stockholm 60
  • WU多瘤病毒
  • 人双埃柯病毒1型PicoBank/HPeV1/a
  • 人双埃柯病毒6型
  • 人鼻病毒A89
  • 人鼻病毒C型(病毒株024)
  • 人鼻病毒B14
  • 人类肠病毒C104病毒株:AK11
  • 人类肠病毒C109分离株NICA08-4327
  • 甲型流感病毒 (A/Zhejiang/DTID-ZJU01/2013(H7N9))
  • 甲型流感病毒(A/Hong Kong/1073/99(H9N2))
  • 甲型流感病毒(A/Texas/50/2012(H3N2))
  • 甲型流感病毒 (A/Michigan/45/2015(H1N1))
  • 乙型流感病毒 (B/Lee/1940)
  • 乙型流感病毒 (B/Wisconsin/01/2010)
  • 乙型流感病毒 (B/Brisbane/60/2008)
  • 乙型流感病毒(B/Colorado/06/2017)
  • 乙型流感病毒 (B/Washington/02/2019)
  • 人类对照基因

靶向富集是一种重测序方法,可通过与靶点特异性生物素化探针杂交来捕获目标基因组区域。通过杂交捕获方法进行靶向富集可实现高度灵敏的检测,因此不需要高read深度。此外,靶向富集NGS工作流程能够获得近乎完整的目标序列数据,特别适于病毒基因组进化或变异监测等应用。

另外,扩增子测序旨在通过识别病原体基因组的特定区域来检测样本中目标病原体的存在。这种方法无法识别那些迅速进化的病原体基因组中的新突变,而识别新突变是病毒进化或病毒监测研究所必需的。

靶向富集NGS工作流程能够获得近乎完整的目标序列数据,特别适于病毒基因组进化或变异监测研究等应用。与其他靶向重测序方法相比(如扩增子测序),通过杂交捕获进行富集可实现更大的探针检测范围,能对目标区域进行更全面的分析。此外,即使在高度变异区域,杂交捕获方案使用的寡核苷酸探针仍然有效,能靶向快速进化的病毒(例如RNA病毒),而这对于基于扩增子的检测方法(例如qPCR)则比较困难。

一旦确定了像SARS-CoV-2冠状病毒这样的病原体,扩增子测序可以提供经济高效、快速且可扩展的病原体检测方法。用作一般的全基因组测序诊断方法时,它可以覆盖更广泛的目标区域,因此不易受到突变的影响。对于研究,病毒全基因组测序可用于监测病毒突变和系统发育分析。

一旦确定了像SARS-CoV-2冠状病毒这样的病原体,靶向病毒富集panel就能够通过检测不同样本中发现的全基因组和基因组突变,提供高灵敏度检测和流行病学信息。这些信息有助于定义传播的流行病学特性,并可以帮助公共卫生人员优化感染控制策略。

Illumina Respiratory Virus Oligo Panel可将检测范围扩展到约30个呼吸道病毒家族,而且能让研究者研究与panel中其他病毒的合并感染。

Illumina COVIDSeq检测(3076个样本)和COVIDSeq检测(96个样本)是基于引物扩增的NGS产品,旨在检测SARS-CoV-2病毒的RNA。

了解详情: Illumina COVIDSeq检测(EUA) / /Illumina COVIDSeq检测(RUO) / COVIDSeq Assay(96个样本)

请访问测序平台页面,了解我们的产品系列。测序仪器的选择取决于您常用的测序方法。请参阅上述工作流程,了解各种测序仪适合的测序方法。

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铵基清洁产品对测序运行性能的影响

使用基于氨的清洁剂或消毒产品(在COVID-19疫情期间经常用于清洁实验室)不久后进行测序运行设置可能会导致测序运行性能指标降低。查看注意事项,了解如何避免这些问题。

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鸟枪法宏基因组学测序支持产品

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Illumina Stranded Total RNA Prep with Ribo-Zero Plus

使用多种样本快速制备文库,以极大的灵活性来研究编码和非编码转录组。

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rRNA Depletion Kit

独立的Illumina Ribo-Zero Plus Kit能去除人、小鼠、大鼠和细菌样本中的核糖体RNA。

NextSeq 2000
NextSeq 2000

能助您探索一系列现有及新兴应用,突破效率,突破极限的开创性台式测序仪。

靶向富集支持产品

iSeq 100
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iSeq 100系统利用了快速、价优的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术,以及准确的Illumina边合成边测序(SBS)化学技术。

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MiSeq台式测序仪支持靶向测序和微生物基因组应用,测序质量高、数据分析简单和具有云端存储功能。

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参考文献
  1. Bulcha B. Review on viral metagenomics and its future perspective in zoonotic and arboviral disease surveillance. J Biol Agr Healthc. 2017; 7(21): 35–41.
  2. A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. N Engl J Med. 2020; 382(8): 727–733.