基因组测序:研究人员如何识别omicron和其他Covid-19变体

科学家如何检测导致Covid-19的病毒的新变种?答案是一个名为的过程DNA测序

研究人员序列DNA确定四个化学积木的顺序,或核苷酸由腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤组成。这个百万到数十亿这些组合在一起的构建块共同构成一个基因组包含有机体需要生存的所有遗传信息。

什么时候有机体复制,它复制了整个基因组并传给后代。有时,复制过程中的错误可能导致一个或多个构建块被交换、删除或插入的突变。这可能会改变基因,这是允许生物体发挥功能并最终影响该生物体物理特性的蛋白质的说明书。例如,在人类身上,眼睛和头发颜色是从突变产生的遗传变异的结果。在导致Covid-19的病毒的情况下,SARS冠状病毒2型,突变可以改变其扩散的能力,引起感染甚至避免免疫系统。

我们都是生物化学师微生物学家谁教和研究细菌的基因组。我们都在我们的研究中使用DNA测序来了解突变如何影响抗生素抗性。我们使用在我们的工作中序列DNA的工具是同一科学家现在使用的是研究SARS-COV-2病毒。

基因组如何测序?

20世纪70年代和80年代科学家最早使用的方法之一是Sanger测序,涉及将DNA切入短片段并添加放射性或荧光标签以鉴定每个核苷酸。然后将片段通过电筛,将它们划分为尺寸。与较新方法相比,Sanger测序缓慢,可以仅处理相对短的DNA。尽管有这些限制,但它提供了高精度数据,一些研究人员仍在积极使用这种方法序列SARS-COV-2样品

自从以来20世纪90年代末下一代测序它彻底改变了研究人员收集和理解基因组数据的方式。这些被称为NGS的技术能够同时处理更大量的DNA,大大减少了基因组测序所需的时间。

NGS平台主要有两种类型:第二代和第三代定序器。

第二代技术能够直接读取DNA。DNA被切割成片段后,加入称为适配器的短段遗传物质,使每个核苷酸具有不同的颜色。例如,腺嘌呤呈蓝色,胞嘧啶呈红色。最后,这些DNA片段被送入计算机并重新组装成整个基因组序列。

第三代技术纳米奥奥河矿物园通过将整个DNA分子穿过测序器中的电孔,直接对DNA进行测序。因为每对核苷酸都以特定的方式破坏电流,测序仪可以读取这些变化并将其直接上传到计算机。这使得临床医生能够在护理点和临床治疗机构对样本进行排序。然而,与其他NGS平台相比,纳米孔序列的DNA体积更小。

虽然每类序列仪以不同的方式处理DNA,但它们都可以报告数百万或数十亿的构建块,这些块在短时间内构成基因组 - 从几小时到几天。例如Illumina Novaseq.可以序列大约150亿核苷酸,相当于48人类基因组,仅仅三天。

使用测序数据来对抗冠状病毒

那么,为什么基因组测序是抗击SARS-CoV-2传播的重要工具?

对SARS-CoV-2的快速公共卫生反应需要对病毒随时间的变化有深入的了解。科学家们已经使用基因组测序跟踪SARS-COV-2自流行开始以来几乎实时。数百万个单独的SARS-COV-2基因组已被测序并居住在像这样的公共储存库中全球共享禽流感数据倡议国家生物技术信息中心

随着每一种新变种的出现,基因组监测已经指导了公共卫生决策。例如,对人类基因组进行测序奥米克龙变异体允许的研究人员检测在穗蛋白中的30多个突变,使病毒与人体中的细胞结合。这使得omicron a变体关注,已知这些突变有助于病毒的扩散能力。研究人员是仍在学习关于这些突变如何影响omicron引起的感染的严重性,以及它如何能够逃避目前的疫苗。

测序也有助于研究人员识别扩散到新区域的变异。在收到一个从2021年11月22日返回南非的旅行者收集的SARS COV-2样本时,旧金山加利福尼亚大学的研究人员能够五小时内检测到omicron的存在并且几乎是八个的整个基因组。从那时起,疾病控制和预防的中心已经存在监测omicron的传播并就如何防止广泛的社区传播向政府提出建议。

全球omicron的快速检测强调强大的基因组监测的力量和在全球共享基因组数据的价值。了解病毒及其变种的基因组成,使研究人员和公共卫生官员能够深入了解如何最好地更新公共卫生指南,并最大限度地为疫苗和药物开发分配资源。通过提供有关如何遏制新变种传播的基本信息,基因组测序已经拯救了并将继续在大流行过程中拯救无数生命。

安德烈·哈德森Thomas H.Gosnell生命科学学院院长兼教授,罗切斯特理工学院Crista Wadsworth.,Thomas H.Gosnell生命科学学院助理教授,罗切斯特理工学院

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