英国桑格研究所 | Nat. Rev. Microbiol.：新冠肺炎排泄废水的测序分析

  本月的《基因组观察》强调了宏基因组学如何将肠道微生物群与新冠肺炎疾病结果联系起来，并跟踪新出现的SARS-CoV-2变种，这些信息可能为临床实践和公共卫生政策提供基础。要求更好地了解潜在因素，以改善预后和治疗方法才能对COVID-19临床结果的异质性带来帮助。新冠肺炎大流行的现象中我们更深刻的体会到了解准确、实时的流行病学监测的必要性，以便为公共卫生提供有效管理大流行的方法。将鸟枪法宏基因组测序 (shotgun metagenomics) 和宏转录组测序 (metatranscriptomic sequencing) 应用于人类肠道微生物群，可以深入了解COVID-19患者肠道细菌-病毒的相互作用。当这些方法应用于城市废水等环境样本时，可支持在流行病和大流行背景下进行群体水平（community-level）的流行病学监测 ( epidemiological surveillance)。

  有人提出，个体间肠道微生物区系组成的差异可能与新冠肺炎症状的严重程度有关。Yeoh等人应用宏基因组测定新冠肺炎患者粪便的总基因组序列。他们发现，与健康人相比，患者的肠道微生物区系有很大的不同。这些微生物根据临床疾病的严重程度分层，并与炎症的生物标志物相关。新冠肺炎微生物群的具体变化包括已知免疫调节微生物的相对丰度降低，作者认为这些变化可以为观察到的疾病严重程度的异质性提供潜在的生物学解释。在病毒清除后至少30天内，微生物区系中的这些差异仍然显著，这从侧面暗示肠道微生物区系在感染后对自体炎症综合征 (简称“Long COVID”) 有重要作用。需要强调的是，由于样本数量有限、抗生素使用和住院等复杂因素的限制，这些发现是可能存在关联但不一定是因果关系。需要在纵向、多样本中进行更明确的研究，以确定肠道微生物区系在新冠肺炎中的作用，或者反之亦然。了解肠道微生物区系与新冠肺炎预后的关系可以为开发新冠肺炎的预后适应症和治疗靶点提供新的途径。

  目前的研究为COVID-19的胃肠道表现提供了证据。SARS-CoV-2病毒感染肠道器官，患者粪便样本中常见大量病毒RNA。通过废水测序发现，已利用持续的从粪便中脱落的病毒RNA进行流行病学监测。与基于有症状个体临床样本的传统基因组监测相比，可能滞后于真正的病毒传播，并低估流行率以废水为基础的基因组监测可以潜在地识别出社区内由有症状和无症状个体积极传播的所有病毒变异。在一项初步研究中，Jahn等人对废水样本进行了深度鸟枪测序（deep shotgun sequencing）。同时，在首次在当地患者群体中发现之前（两周内），Jahn等人在瑞士鉴定了与新的B.1.1.7变异相对应的突变。这表明这种方法可以检测最近引入的基因组变异。

  虽然由于废水样本中存在多种变异和低病毒RNA滴度，宏转录组测序的分辨率受到限制，但方法开发工作已经导致SARS-CoV-2基因组完全一致的恢复，从而对主要变异的系统发育分析提供帮助。这些新方法包括寡核苷酸捕获富集和长读测序的靶向扩增，可以快速检测较小的循环变异，这些变异在当地临床测序中没有被充分或尚未被检测到。鉴于COVID-19疫苗接种和缓解策略中出现了令人担忧的多种临床重要变异，废水样本的宏基因组测序可被视为一种监测工具，可以促进对本地和全球范围内新出现的SARS-CoV-2变种进行全面、实时跟踪。

中英文对照：新冠肺炎 (COVID-19) ；宏基因组学 (Metagenomics) ；宏转录组学 (Metatranscriptomics)；

1.  Yeoh, Y. K. et al. Gut microbiota composition reflects disease severity and dysfunctional immune responses in patients with COVID -19. Gut 70, 698–706 (2021).

2.  Wölfel, R. et al. Virological assessment of hospitalized patients with COVID-2019. Nature 581, 465–469(2020).

3.  Jahn, K. et al. Detection of SARS- CoV-2 variants in Switzerland by genomic analysis of wastewater samples. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/2021.01.08.21249379 (2021).

4.  Crits-Christoph, A. et al. Genome sequencing of sewage detects regionally prevalent SARS-CoV-2variants. mBio 12, 02703-20 (2021).

5.  Fontenele, R. et al. High-throughput sequencing of SARS- CoV-2 in wastewater provides insights into circulating variants. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/2021.01.22.21250320 (2021).

6.  Nemudryi, A. et al. Temporal detection and phylogenetic assessment of SARS- CoV-2 in municipal wastewater. Cell Rep. Med. 1, 100098 (2020).