■宏基因组测序（mNGS）助力新冠病毒检测
引子：
湖北省医学影像专业委员会副主委谭伟认为 ， CT结果非常符合新冠肺炎但核酸检测为阴性的病例大约占30%—40% 。
在杭州一所医院 ， 有个病人测了6次核酸试剂都为阴性 ， 直到第7次才测出阳性 。
怎么解决这种“假阴性”的问题呢？相关专家建议 ， 可以利用宏基因组测序（mNGS）一网打尽所有病原菌 ， 从而彻底排除“假阴性” 。
mNGS简介
mNGS全称 ， metagenomics next generation sequencing ， 因此这里面涉及到两个概念 。一个是宏基因组 ， 另外一个是二代测序 。宏基因组学（Metagenomics）的概念最初由Jo Handelsman 提出 ， 其研究对象是样品中的微生物群体基因组 ， 通过测序和功能基因筛查来分析和研究微生物的种群结构、进化以及与环境之间的互作 。在描述基因组时 ， 经常用到下面这张图 。有基因组之前是钓鱼 ， 有基因组之后是网鱼 。基因组学家们先把鱼捞出来 ， 生化学家们再去研究功能 。宏基因组也是一样 ， 我们不用再去分离病原微生物 ， 只需要将其DNA测出来 ， 我们就知道这里面有啥致病菌了 。
文章图片
文章图片
显然传统的Sanger测序手段通量太小 ， 不适合宏基因组 。因此 ， 二代测序（next generation sequencing）技术的诞生才极大地推动了宏基因组的发展 。NGS特点是通量高、单位碱基价格便宜而且准确率高 。NGS的代表技术有 Roche 公司的454焦磷酸技术、Illumina公司的单分子阵列技术和ABI公司的SOLiD (sequencing byoligonucleotide ligation and detection ) 。在结合这些技术的基础上 ， mNGS应运而生 ， 在病毒检测、病原菌鉴定等方面发挥着越来越大的作用 。mNGS流程可以大致分为5个步骤：样本采集、核酸提取、构建文库、上机测序和生信分析 。具体protocol大家可以去咨询相关测序公司哈 。
mNGS与新冠病毒检测
与传统的研究方法相比 ， 其最大的优势不需要对微生物进行分离培养 。由于微生物包括细菌、真菌、病毒、藻类和一些小型的原生动物 ， 它们个体微小 ， 却与人类息息相关 ， 广泛涉及食品、医药、工农业、环保等诸多领域 。因此 ， mNGS也在新病毒鉴定、临床诊断和大气微生物研究等方面得到广泛应用 。
mNGS特别适用于对病毒的检测 。由于病毒缺乏其他细胞生物所共有的核糖体RNA（原核的是16S ， 真核的是18S） ， 所以mNGS几乎是唯一的手段 。因此 ， 病毒mNGS可以提供很多病毒多样性和进化的信息 。
mNGS在此次新冠疫情中发挥了不可磨灭的作用 。典型的例子有三个：
非典病毒SARS（2003）基因组鉴定耗时5月余 ， 禽流感病毒H7N9基因组（2013）鉴定耗时1月余 ， 而新型冠状病毒基因组鉴定只用了5天！
2020年2 月 3 日 ， 复旦大学张永振教授团队对患者支气管肺泡灌洗液进行了mNGS分析 ， 鉴定出了新型冠状病毒 ， 该病毒基因组与蝙蝠体内发现的 SARS 样冠状病毒基因组的相似性高达 89.1% 。
2020年2 月20 日 ， 华南农业大学沈永义教授和肖立华教授团队通过对穿山甲样品进行mNGS分析 ， 初步确定穿山甲是本次新型冠状病毒的潜在中间宿主之一 。
mNGS优势及改进
mNGS的优势在于：其一 ， 通量高；其二 ， 不受培养条件限制；其三 ， 分析全面 。其劣势也很明显 ， 其一 ， 成本过高 ， 二是 ， 操作流程复杂；三是 ， 等待时间长 。
文章图片
文章图片
此前的mNGS数据分析较为耗时 ， 系统需要对2200万个序列和病毒数据库进行比对 。整个过程需要30分钟或更久 。
推荐阅读
- 「生物技术」Nat Biotech | 新研究系统性比较单细胞和单核RNA测序方法
- 生物技术■科学家比较研究了13种单细胞测序方法，发现……
- 「数据库」NG | 科学家建立癌症体细胞基因组变异临床注释的统一数据库
- [健客医药TB]新研究：前列腺癌患者基因组分析 我国与西方大不一样
- 意大利：专家观点：通过基因测序比对，各国病毒没什么差异
- 「」基因组分析显示： 新型冠状病毒难长存
- 『基因组』突破！安徽省取得新冠病毒快速检测试剂和全基因组测序研发重大进展