决胜疫情蔓延前！利用次世代定序 (NGS) 监测病毒演变

新冠病毒 SARS-CoV-2 筛检除了快筛以外，常见以核酸检测 (PCR) 确认染病者，然而，对于变种病毒的发现以及传播链的溯源，基因定序这项技术功不可没。

新冠病毒的每一条单股 RNA 都含有大约 30,000 个核苷酸。这些核苷酸蕴藏了病毒如何运作、复制和传播的密码。当病毒序列发生变化时，病毒的检测、传染性以及其对疫苗的反应都可能产生变化，然而快筛或是 PCR 类型的核酸检测，都是对已知的病毒做确认，当需要监测新的突变以及确认感染者之间的关联性时，则必需透过基因定序技术分析病毒 RNA 基因体。

第一个 SARS-CoV-2 病毒基因体由 Illumina 定序解密

全球基因定序和生物芯片 (Microarray) 龙头 Illumina，以技术赋能病原基因体定序，持续支持新冠疫情监测。2019 年底，该公司即接到上海市公共卫生临床中心(SPHCC) 发来的需求，望协助其实验室研究团队部署高通量定序仪，对武汉 COVID-19 患者的病毒样本进行深度转录组定序 (Transcriptome-seq)。2020 年 1 月 10 日，SPHCC 公布了第一个 SARS-CoV-2 病毒基因体。当美国华盛顿州发现境内首例疑似新冠肺炎患者时，当地疾病控制人员透过公布的病毒序列，连夜采用核酸检测 (PCR) 确诊了病情。

次世代定序持续监测病毒走向可望阻止疫情蔓延

时至今日，病毒已经发展到新的阶段。人类与病毒的抗争迂回曲折，每当发现新的病毒变异，人们就必须紧追不舍地，进行病毒监测。像是英国变种病毒株 B.1.1.7 的发现和据悉导致纽约疫情呈指数级上升的 B.1.526 变异株，促使美国将工作重心转向监测病毒变异。

近期，由 Helix、加州大学旧金山分校传染病学系的医学教授 Charles Chiu 博士和斯克利普斯学院免疫学和微生物学系教授 Kristian G.Andersen 博士共同合作的一项研究发现，B1.1.7 变异株于去年 11 月抵达美国，截至 2021 年 1 月已扩散至 30 个州。据研究显示，B1.1.7 变异株的传播性提高了 35%–45%，每隔一周半翻一倍。根据接触者追踪显示，即使大多数人没有旅行史，变异株仍然在整个社区中传播 ⁴。

Illumina 执行长 Francis deSouza 也提到，“当时人们才意识到，新冠病毒已经在美国本土传播了数周、甚至数月。疫情持续影响着人们的生活，而我们还未意识到它的存在¹。” 因此，Illumina 在新冠疫情监测上投入了很多时间和心血，中国、美国、英国、澳洲、欧盟和新加坡等国家很早便采用 Illumina 的平台进行病毒监测，他们也坚信基因定序技术将成为阻止疫情蔓延的关键。

Illumina 首席医学官 Phil Febbo 博士也解释道：“唯有对一定比例的阳性检体进行定序，累计并共用数据，这样当病毒出现变异时，我们才能加以辨识³”。

这些最近的发展，验证了基因定序的力量，特别是次世代定序 (NGS)，并强调了提升病毒监测的意识，增加了采用定序的机会。最初的模型显示，对 5% 的阳性样本进行次世代定序，可能有助于在新的变异病毒变得普遍传播之前，及时捕获它们⁶。然而，由于疫苗具有“逃逸变异 ”(vaccine “escape” variants) 的可能性，因此，定序比例很可能需要提高。

综合以上可得知，2021 年的病原体次世代定序工作拥有难以估量的发展局势。其中，在对 SARS-CoV-2 病毒突变进行次世代定序的检测和鉴定过程中，Illumina COVIDSeq™ 扮演非常重要的角色，一台高通量的 NovaSeq™ 6000 定序仪一天内最多可处理三千个临床样本，因为 COVIDSeq 是使用病毒全基因序列进行阳性样本的判别，因此能提供与传统相当甚至更高的灵敏度和辨别率。它在检测时可以提供 SARS-CoV-2 的全长序列，随着对病毒定序的需求越来越普遍，整体采用率也不断提高。该检测方法已获得美国 FDA 紧急使用授权使用，以及新加坡卫生科学局的临时授权使用。在美国以外的地区，Illumina 提供此产品的科学研究使用 (RUO) 版本。越来越多的政府卫生当局正在使用病毒基因组学信息来制定卫生政策，如利用基因资料研判群聚感染的关联，找出接触者和传播链，及提前识别新出现的高传染性变异病毒株。

2021 年 2 月 1 日，美国 CDC 携手 Illumina、Helix、Quest Diagnostics 以及 LabCorp 等产业龙头企业扩大合作，承诺每周分析 6000 个病毒基因体 ²。该项工作的开展，将使目前的病毒定序量增加近 3 倍。仅在过去的一个月中，病毒定序就让人们更加地了解美国境内病毒变异株的种类和比例。Febbo 博士再指出：“让 Quest 和 LabCorp 这样的大型诊断实验室，以及美国各州的公共卫生实验室一同参与定序监测，将有助于避免出现‘基因组荒漠’(genomic deserts) 的情况 ²。”

为了应对日益严峻的病毒变异威胁，美国正在采取行动，推进病毒定序和监测工作。2021 年 3 月11日，美国总统拜登签署了《2021年美国救援计划法案》。其中包括 17.5 亿美元的资金，用于支持美国 CDC 提高定序能力，识别病毒突变和传播。为达到该目标，必须做到“高质量定序以确保病毒基因体和菌株分型准确”、“运转时间短 (不超过5天) 以保证所获资讯对制定公共卫生对策有用”、“科学界间应当保持公开透明，数据共用”、“政府应当报销实验室运行定序的费用”。