江苏首家医院开展本地化新冠病毒全基因组测序和分型检测

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实时动态监测新冠病毒变异的趋势、及时捕获新的变异株成为新形势下疫情防控的重点。

为了更好地服务临床和感控工作，东南大学附属中大医院医学检验科测序实验室积极探索低耗高效的新冠病毒变种、亚变种分析方法，目前在江苏医院中首家建立了本地化新冠病毒全基因组测序和分型方法，可为正在感染阶段的新冠病毒感染者提供本地化新冠病毒全基因组测序和分型检测。

对于临床送检的样本进行DNA、RNA和新冠病毒多重PCR扩增子（Vazyme TDN201）混合建库，使用华大智造MGISEQ-2000测序平台进行高饱和度测序，在一个测序文库数据内实现样本中细菌、真菌、寄生虫、DNA病毒、RNA病毒检测和新冠基因全基因组测序/分型，极大地节省了时间和成本。

表1. 新冠病毒基因组变种Pangolin分法结果

其中新冠病毒全基因组测序和分型流程为：使用BWA调整不同参数对测序数据进行新冠病毒特异性的重比对，确保获得完整的新冠病毒基因组数据。将获得的基因组使用多种方案进行从头拼接，将不同软件（SPAdes，Megahit）得到的不同结果进行评价，综合得出完整基因组并使用MetaQuast严格质控评价，确保分型的准确性。最后基于本地化构建的参考基因组数据库使用HMMER进行多序列多重比对，使用kSNP3寻找SNP位点，使用RAxML-EPA算法将其放置于新冠病毒参考系统进化树。

综合以上结果得出分型，并与国际通用的Pangolin分法进行对照后得出新冠病毒的分型。根据前期送检样本的数据显示，中大医院主要新冠病毒变种为Omicron BA.5.2和Omicron BF.7（图1）, 与国家生物信息中心显示的国内主要流行数据相似（图5）。

图1. 新冠病毒主要变种进化发育树（黄色高亮区域为Omicron变种）

 延伸阅读：

作为一种单链RNA病毒，新冠病毒（SARS-CoV-2）在自身的复制过程会自发的产生变异。目前，全球至少对一千多万份新冠病毒基因组进行了测序，发现了成千上万的基因突变，绝大多数发生在SARS-CoV-2基因组中的突变对病毒的传播和毒性没有显著影响，而其中发生在新冠病毒刺突蛋白（Spike protein）上的突变被认为与病毒的传播性、毒力以及免疫突破能力相关，因此备受关注。

图2. GISAID网站实时新冠病毒基因组数量

为了更好的监测和评估 SARS-CoV-2 的演变，世卫组织定义了两种主要类型的病毒变异：关注变异株（variants of concern,VOC）和感兴趣变异株（variants of interest,VOI）以指导全球对于 SARS-CoV-2 的监测和研究。VOCs包括 Alpha, Beta,Gamma, Delta,和Omicron 变异株，VOIs变异株包括Epsillon, Kappa, Lota, Lambda, Eta和Mu等变异株。

图3.主要新冠病毒变种出现时间轴

Timeline that summarizes the emergence of SARS-CoV-2 variants.

Classification according to the WHO is shown as well as the lineages of the mutagenic profile. VOC:variants of concern, VOI: variants of interest.

图4 新冠病毒主要变种进化发育树图谱

来自中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）的数据显示，我国流行的新冠病毒谱系主要为Omicron BF.7, BA.5.2, BQ.1.1, BA.5.2.1, BQ.1, XBB.1, BA.5等，其中以BA.5.2和BF.7占绝对优势。而全球的流行毒株型别更加丰富，2023年1月份全球排名前三位的变种分别为 Omicron B.1.1.529 （87.80%）、XBB.1.5(6.36%)和XBB.1(2.57%).  

图5. 国家生物信息中心 (CNCB) / 中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心） (BIG)中国实时监测报告

图6.  2022年10月-12月基于中国全部公共序列的pangolin谱系分布.

图7. 2023年1月份全球排名前三位的变种

参考文献：

1. https://gisaid.org

2. https://ngdc.cncb.ac.cn/ncov

3. https://nextstrain.org

4. 中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）, Molecular epidemiology of the SARS-CoV-2 variant in China revealed a new Omicron BF.7 sub-lineage (proposed to be BF.7.14), October to December 2022. 2023,Edition 1 .

5. Juan Li , Shengjie Lai and George F Gao et al. The emergence, genomic diversity and global spread of SARS-CoV-2. Nature, 2021,600(7889):408-418.   

6. Verónica Roxana Flores-Vega, Jessica Viridiana Monroy-Molina and Luis Enrique iménez Hernández et al. SARS-CoV-2: Evolution and Emergence of New Viral Variants.Viruses, 2022,14(4):653.

7. Begum Cosar , Zeynep Yagmur Karagulleoglu and Sinan Unal et al. SARS-CoV-2 Mutations and their Viral Variants. Cytokine Growth Factor Rev, 2022,63:10-22.

8. Davide Zella, Marta Giovanetti and Francesca Benedetti et al. The variants question: What is the problem? J Med Virol, 2021,93(12):6479-6485.

策划、审核 / 程守勤

编排  / 王倩

校对 / 刘敏

配合 / 医学检验科

中大医院融媒体中心出品

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