各国如何利用基因组学帮助避免第二次冠状病毒浪潮

2020.5.28 发布在 科学脑洞 栏目

各国如何利用基因组学帮助避免第二次冠状病毒浪潮 科学脑洞-第1张

新西兰、英国和其他地方的科学家正在利用序列数据追踪新的感染,因为封锁很容易。

随着许多国家摆脱封禁,研究人员准备使用基因组测序来避免预期的第二波COVID-19感染。

自从1月11日在网上共享新冠状病毒SARS-CoV-2的第一个全基因组序列以来,科学家们已经对来自世界各地的大约32000个病毒基因组进行了测序和共享。如此大量的数据使研究人员能够追踪他们国家COVID-19爆发的源头,并查明社区传播何时发生。

现在,成功抑制了感染的国家正进入COVID-19大流行的下一个阶段——随着社会限制的放松,出现新病例的风险增大。研究人员说,基因组学对于快速追踪和控制这些疾病的爆发至关重要。研究已经表明,当使用基因组学帮助接触追踪时,疫情延续的时间往往会越来越短。

瑞典哥德堡全球生物多样性中心的生物信息咨询师吉蒂斯·杜达斯说:“在某些情况下,基因组学可以很快告诉你你在处理什么,从而指导精确的干预措施。”。

有几个地方特别适合这样做,因为它们在大流行早期就投资于基因组测序,而且病例数量相对较少。新西兰和澳大利亚至少一个州的研究人员决定,他们的目标是对该国或该州的大多数冠状病毒基因组进行测序。

随着SARS-CoV-2在世界各地的传播,随着病毒在不同地区的逐渐进化,开始形成不同的谱系。通过比较序列,研究人员可以快速的通过序列的是否匹配或链接来排除可能的传输线。

英国、美国和其他国家的科学家也正在对那里的大部分病例进行SARS-CoV-2的测序,但由于仍在流行,病例数也很高,基因组学正被用来监测传播,并帮助确定一些追踪接触失败病例的来源。但这种干预措施依赖于广泛的抽样,因此在诊断测试有限的地方,基因组数据也会有缺口。

快速偏离目标

在第一例报告病例于1月从中国武汉抵达澳大利亚之前,墨尔本一家通常调查食源性疾病暴发的实验室的研究人员开始准备对维多利亚州的SARS-CoV-2基因组进行测序。

“我们说,让我们对每一个阳性病例进行排序,”Torsten Seemann说,他是墨尔本Peter Doherty感染和免疫研究所微生物诊断部门公共卫生实验室的生物信息学家。

到目前为止,Seemann的团队已经对该州约1700个病例中的四分之三进行了测序,这被认为是世界上对传染病爆发最全面的测序报道。相比之下,研究2014-16年西非埃博拉疫情的研究人员在不到3年的时间里对所有感染病例5的5%(1610份样本)进行了测序。

序列数据帮助解决了医护人员接触病毒的真正来源,证明他们是在社交活动中感染病毒的,而不是从医院的病人身上感染的。“如果没有基因组学,只有采访,你将永远无法知道它是哪一个,”西曼说。他说,这些信息阻止了对医院可能爆发疫情进行调查的必要性。

各国如何利用基因组学帮助避免第二次冠状病毒浪潮 科学脑洞-第2张

边界重新打开

Seemann的团队正准备利用基因组数据来帮助确定维多利亚州社会限制放宽后新病例的可能来源。他说,公共卫生官员将能够比大流行最初几周的时间更快地做出控制疫情爆发的决定,当时可供比较的基因组更少。

当区域旅行恢复时,基因组数据将特别重要。自3月份以来,澳大利亚所有州的边境都已关闭,但预计重新开放后会出现新的感染病例。研究人员说,在过去的两个月里,病毒基因组的变异将足以判断它们是否来自州外。“一旦我们得到序列,我们就能判断它是否越过边界,”西曼说。

到目前为止,新西兰科学家已经对全国1154例报告病例中的25%进行了测序。新西兰惠灵顿附近的环境科学与研究所的首席生物信息学家Joep de Ligt说,他们的目标是70%以上的人能够得到最完整的实际情况,该研究所正在对该国的病例进行排序。每增加一个序列,研究人员就更有可能找出下一个病例的位置。

序列数据已经证明在应对疫情方面是有用的,他说。基因组数据已经确定了传统接触追踪漏掉的病例之间的联系,并解开了被认为是一个病例的两个聚类。

社区传播

在英国,有更多的病例,COVID-19英国基因组学联合会,包括研究中心和大学实验室,成立于3月。伯明翰大学生物信息学家尼克·洛曼(Nick Loman)是该组织的成员,他说,迄今为止,该组织已经测序了20000个病毒基因组,占该国实验室确诊病例的近10%。他是在埃博拉爆发期间率先开发快速基因组监测工具的团队之一,该工具目前正用于COVID-19大流行期间。

洛曼说,该小组没有像新西兰那样设定目标,部分原因是英国有如此多的病例——截至5月27日,已确诊感染病例接近26.5万例。相反,他们的目标是从英国各地产生一个有代表性的序列样本,以支持流行病学调查。

“从缝隙中溜走”

但使用基因组学作为应对疫情的一部分有其局限性,de Ligt说,有SARS-CoV-2的无症状感染者不太可能接受检测。“真的有可能有东西从缝隙中溜出去。”

洛曼说,基因组监测首先还依赖于广泛的诊断测试来捕获序列。联合王国被病例淹没,并且在提高诊断测试方面进展缓慢。他说:“总有可能你没有对一些病例进行取样。

洛曼指出,当国际旅行恢复时,全球基因组监测将非常重要。

但堪培拉澳大利亚国立大学的流行病学家梅鲁·谢尔(Meru Sheel)表示,利用基因组分析帮助追踪接触者的方法主要局限于高收入国家。她希望看到基因组学被视为亚太地区资源有限国家应对疫情的工具,就像埃博拉疫情期间在刚果民主共和国、塞拉利昂和几内亚一样。