宏基因组学在传染病防控中的应用进展北大核心CSCD

新发突发传染病暴发给全球公共卫生防控带来严峻挑战。快速识别致病病原体是应对新发突发传染病的首要问题,传统病原检测方法难以应对已知变异较大病原或未知病原,基于高通量测序的宏基因组学研究给病原识别鉴定带来了新的方法和思路。核酸提取、高通量测序和数据分析等关键技术方法不断发展,使宏基因组学成为新突发传染病防控的重要研究方向。宏基因组学可对传染病防控中的多种类型样本进行直接测序,获得高通量的测序数据,并结合病原核酸数据库,通过序列比对、变异进化分析等生物信息学方法,通过监测可疑样本对疫情暴发进行预测预警;识别传染病患者感染致病病原,为临床诊治提供指导;构建病原系统发育关系,追溯疫情潜在感染来源,最终实现新突发传染病病原的快速识别、分型、耐药及溯源分析。宏基因组学作为一项新兴技术,在传染病防控领域具有巨大潜力和发展空间。通过对宏基因组学在传染病病原监测、检测及溯源等方面的应用进展进行综述,以期为传染病防控提供新的视角。     

重要呼吸道传染病智慧化监测预警与有效应对策略探讨

全球新发突发传染病不断出现,特别是新型冠状病毒肺炎疫情暴发,对人类健康和社会发展造成巨大影响.本文通过不同渠道收集有关资料,试图梳理我国呼吸道传染病监测预警发展和现状,探讨采用大数据、区块链、人工智能等高新技术,建立智慧化新发突发呼吸道传染病监测预警平台.运用统一关键数据标准、口径,打通部门之间数据壁垒,建立数据共享机制,实时自动采集与传染病有关的数据信息.利用大数据、人工智能、云计算等技术,建立相关数据模型,强化数据分析应用,达到早期识别和预警,做到遏止突发事件的发生发展和传播.同时,在疫情防控过程中能够实时获得疫情的发生发展趋势,及时提出科学精准的有效防控策略.不断提升我国应对突发公共卫生事件的能力和水平,保障我国生物安全.     

基于宏基因组学的猪群样本病毒探测方法的建立

极其多样的病毒广泛存在于我们周围的环境和动物体内,其中很多病毒是人类所未知的,而发现未知病毒常常受制于病毒常规检测技术的局限性.[目的]构建未知病毒检测技术平台.[方法]应用病毒宏基因组学的理念,结合新型分子诊断技术,首先利用过滤和核酸酶处理去除样品宿主核酸干扰,然后随机PCR扩增潜在的病毒宏基因组,最后通过大规模测序及序列分析获取病毒核酸信息.[结果]利用此技术我们对猪瘟病毒(CSFV)细胞培养物和猪圆环病毒2型(PCV2)感染猪病料进行了分析,分别检测到序列总长度1680 bp,占基因组13.7％的CSFV序列和序列总长度834 bp,占基因组47.2％的PCV2序列;利用此检测技术平台研究一未知病原细胞培养物,通过测序和序列分析,结果显示56条序列中有26条为副流感病毒5型(PIV5)同源序列,覆盖了其基因组全长的16.4％;此外,应用本研究建立的方法结合新一代高通量测序,我们在混合的7份病原未知的病猪组织样品中检测到了1.1％的病毒序列,包括CSFV、PCV2、猪细环病毒(TTSuV)、猪bocavirus (PBoV)和人腺病毒6型(Ad6)等的部分基因序列.[结论]本研究建立的基于病毒宏基因组学的未知病毒的检测方法突破了传统病毒研究方法的缺陷,对于猪群样本中病毒的检测具有较高的敏感性,有望为新发、突发感染性疾病的诊断和监测提供技术支持.     

基于高通量测序技术的微生物检测数据分析方法

高通量测序技术的发展正在逐渐改变诸多生物学领域的研究方法.为应对突发疫情以及新发未知微生物威胁的需求,微生物鉴定技术逐渐从传统的物理化学方法及核酸杂交等分子水平方法进一步走向利用无需培养的测序数据进行快速分析检测.随之而来的是对高通量数据分析在精度及速度的要求.基于高通量测序数据的微生物检测数据分析方法在近些年得到了快速的发展.本文分析了目前基于高通量测序数据的微生物检测数据分析方法,对其数据分析的处理流程和计算方法进行了研究,比较了各个微生物检测数据分析方法的特点及适用场景.最后结合本实验室工作总结微生物检测数据分析方法在实际应用中可能遇到的问题,希望对该应用领域的研究有一定的参考意义.     

一种基于新型再测序芯片的不明原因呼吸道感染样品检测方法的建立

再测序芯片(Resequencing Pathogen Microarray,RPM)是一种新的基于微阵列DNA芯片的病原体检测与鉴定技术。为了将RPM应用于不明原因呼吸道感染的检测,提高应对传染病暴发的能力,本研究建立了基于一种新型RPM的呼吸道多病原检测方法。该方法可以同时检测19种常见呼吸道病毒、9种甲型流感(Flu A)和11种鼻病毒(HRV)、28种肠病毒、18种少见呼吸道病毒。选取已验证的16种常见呼吸道病毒感染阳性的样本评价RPM的特异性,用克隆质粒或体外转录的RNA梯度稀释液来检验RPM的灵敏度,在10～103拷贝/反应水平时RPM仍能检测和分辨出相近的病毒亚型。将8份不明原因的咽拭子样品提取的核酸合并,用新建立的方法进行检测,根据RPM结果再以普通PCR加测序作为验证,同时和Abbott公司的质谱测序(PLEX-ID)结果进行比较,除RPM检出假阳性PIV1外,三者的其余检测结果一致。结果表明,这种基于新型RPM的方法具有高灵敏度、高通量的优点,对应对新发和突发传染病具有重要意义。     

病毒宏基因组学技术及其在医学领域的应用

病毒宏基因组学(Viral metagenomics,VM)无需知晓核酸序列,直接以环境中的病毒群落为研究对象,对研究环境中病毒的多样性、快速鉴定出已知和未知病毒,实时监测特定病毒的动态变化等具有重要价值。下一代测序(Next-generation sequencing,NGS)平台具备快速、自动化和高通量等综合优势,因此相对于一代Sanger测序技术,其测序能力大大提高。同时,近年来测序技术的不断改进、成本的不断降低、数据分析流程的普及以及对数据深入挖掘能力的显著性改进表明,在可预见的未来,病毒宏基因组测序将会成为常规检测项目,为未知病毒检测提供新的技术手段和思路。本文将从病毒宏基因组学的兴起,研究过程和在医学领域中的应用等方面进行综述。     

高通量测序技术在动植物研究领域中的应用

高通量测序是核酸测序研究的一次革命性技术创新, 该技术以极低的单碱基测序成本和超高的数据产出量为特征, 为基因组学和后基因组学研究带来了新的科研方法和解决方案. 在动植物研究领域, 高通量测序引领了一次具有里程碑意义的科学研究模式革新, 科研人员可利用该技术在基因组、转录组和表观基因组等领域展开多层次多方面多水平研究. 本文就高通量测序技术应用于动植物基因组学和功能基因组学研究进展进行了系统阐述, 并对当前高通量测序技术的现状和热点及未来的发展趋势作了深入剖析和讨论.     

应用高通量测序技术对蚊携带RNA病毒的检测研究

目的:基于高通量测序技术,分析我国不同边境地区蚊虫携带病原的多样性,为快速筛查蚊媒病原提供参考依据。方法:将采自不同边境地区的田间样品随机分为6组,提取病毒核酸,然后使用Ion S5 XL测序仪进行高通量测序,并进行生物信息学分析。结果:在6个蚊类混合样本中,有4个混合样本发现2种及2种以上的可疑病毒。结论:高通量测序检测体系有效地检测出蚊媒病毒的存在,初步揭示了蚊类所携带的病原体种类的多样性。     

环境耐药组及其健康风险的宏基因组学研究策略和方法

抗生素耐药性在环境中的发展和传播对人体健康造成潜在风险。随着高通量测序技术和生物信息学方法的不断发展,宏基因组学技术被广泛应用于不同环境样本的抗生素耐药组研究。本文介绍了两种针对环境耐药组筛查的宏基因组学分析方法,总结了当前主流的生物信息学软件和数据库,并阐述了环境耐药组的风险评估框架和基于宏基因组学技术的相关实践,以期为环境耐药组的监测、风险评估和管控提供可行的路线图。     

宏基因组样本数据的分析比较与分类

宏基因组学研究试图通过测序并分析微生物群落的DNA序列,以理解环境微生物的组成及其与环境的交互作用。宏基因组学革命性地改变了微生物学,使得以免培养的方式研究复杂生物系统中的微生物群落成为可能。第二代测序技术的不断进步和生物信息学的高速发展促进了高通量宏基因组研究的发展,大批高质量的宏基因组数据不断产生并对科学界开放,宏基因组学的重要作用被科学界广泛认可。与此同时,对应个体不同健康状态和人体不同部位的大量宏基因组样本数据不断产生,使得比较和分类宏基因组样本在微生物学研究上变得更加重要,比较宏基因组学成为宏基因组学的重要分支。主要介绍了宏基因组数据的分析比较,以及样本分类的相关研究和算法。     

基因组学技术在病毒鉴定与宿主溯源中的应用

基因组学技术, 特别是宏基因组测序在未知病毒的鉴定与溯源中起到了重要作用。相较于传统的病毒分离培养方法, 宏基因组技术可以从混合样本中获得病毒的核酸序列, 极大加速了未知病毒的鉴定与溯源, 在针对高流行性、高致病性的病毒研究中发挥了重要作用。基于宏基因组技术对未知病毒进行鉴定和溯源, 其准确性很大程度上依赖于取样及已知宿主的病毒库的完整性。然而, 当前病毒多样性的基础研究相对薄弱, 病毒的宿主信息则更加匮乏。野生动物和畜禽是人畜共患病致病病毒的重要中间宿主, 构建广泛的动物-病毒关联数据库对于准确、快速地鉴定和预防致病性病毒具有重要意义。本综述以SARS-CoV-2为例, 总结了基因组学技术在病毒的鉴定与溯源上的应用, 并针对当前动物病毒库完整性低的现状, 对构建野生和家养动物携带病毒的关联数据库的可行性提出依据与建议。     

海南省三亚市15例新冠病毒Omicron变异株BA.5.1.3亚型的基因组特征分析

本文选取15例SARS-CoV-2感染病例的鼻咽拭子样本,采用新冠病毒全基因组三代Nanopore测序技术进行全基因组测序并对病毒的变异位点进行分析;结果显示,15株病毒均为BA.5.1.3变异株（Omicron）,NextStrain进化分析为22B。15株毒株共同发现了71个核苷酸突变位点,氨基酸的变异位点有54个,其中存在相同的16个同义突变。15株毒株具有5个特有的核苷酸变异,4个特有的氨基酸变异位点,个别毒株还具有其他突变位点。这是中国境内首次发现Omicron BA.5.1.3变异株,此变异株存在引发本地的流行和暴发风险,需要严密持续的对境外输入病例进行流行病学调查和病毒基因分子特征分析。本研究构建测序方法和分析结果可用于新冠病毒的变异分析和病例溯源,对新冠疫情防控具有重要意义。     

宏基因组学研究方法及其在病原体检测中的应用

在自然环境中存在着大量的微生物。这些微生物种群,尤其是许多新发性病毒,会对人和动物体的健康产生重大影响,而它们大多数都是不可培养的微生物。宏基因组学(metagenomics)的研究对象主要是非培养微生物。在特定环境中,它可有效地获取微生物种群的遗传组成、群落结构及生态作用等信息。随着高通量测序技术的快速发展,宏基因组学分析方法也已经应用到病毒学领域中,出现了病毒宏基因组学(viral metagenomics)。这一技术在新病毒鉴定等方面都取得了很多重要的研究成果。该综述主要对宏基因组学的发展历史、应用前景、生物信息学分析流程,及其在病毒鉴定中的应用进行简要介绍。     

抗新型冠状病毒中和抗体药物临床研究进展北大核心CSCD

自1998年预防呼吸合胞病毒的帕利珠单抗药物上市以来,多种靶向病毒的治疗性抗体药物已成功用于感染性疾病的临床治疗。新型冠状病毒肺炎疫情暴发后,多种中和抗体药物快速进入临床研究阶段,展现出积极的治疗及预防效果,并以紧急使用授权的方式用于疫情防控。本文对抗新型冠状病毒中和抗体药物的临床进展和主要临床试验结果进行总结,以期为包括新型冠状病毒肺炎在内的新发、突发传染病中和抗体药物研发提供参考。     

临床疑似猪非典型瘟病毒感染仔猪小脑组织的转录差异

【背景】猪非典型瘟病毒作为一种新发病毒,近几年在国内各省份中陆续被检出,目前针对猪非典型瘟病毒(atypical porcine pestivirus,APPV)的研究报道大多集中于基因组学和流行病学,而其感染宿主后的致病机制尚不清楚。【目的】利用高通量测序技术,对感染仔猪小脑组织进行转录水平差异研究,初步探索APPV致病机制。【方法】将实验组3份排除其余能引发仔猪先天性震颤和神经症状相关病原干扰的APPV感染仔猪的小脑组织,与对照组3份健康仔猪的小脑组织进行高通量测序,比较实验组和对照组之间转录水平的差异。【结果】构建了两个cDNA文库：APPV感染小脑组织文库、健康小脑组织文库。在P≤0.05,|log2(FC)|≥0.263的筛选标准下,共筛选出差异表达基因(differentially expressed gene,DEG) 381个,其中上调基因163个,下调基因218个;随机选取8个差异表达的基因,经RT-qPCR检测,以β-actin作为内参基因,结果显示8个差异基因的表达趋势与高通量测序一致。【结论】通过对临床感染APPV的仔猪小脑样本进行转录组研究,通过GO、KEGG对差异基因进行功能注释、分类,发现Pak4、Robo4、Sema3f、Wnt5a等参与轴突导向信号通路的基因转录水平显著下降,可能表明APPV感染可能会导致仔猪体内轴突导向过程受到抑制,进而使其中枢神经系统发育受到抑制,为APPV的致病机制等进一步研究提供了方向和指导。     

猎枪瞄准目标锁定“十三五”助力“病毒猎人”——“十三五”国家重点研发计划“重要新发突发病原体发生与播散机制研究”项目正式启动

动物源性呼吸道病毒及媒介传播病毒所导致的新发突发传染病对公共卫生及社会经济危害重大。为了阐明这两类重要新发突发病原体起源、演化与传播扩散的生物学基础,及其鉴别的分子标记,由中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所牵头、舒跃龙研究员作为项目首席科学家,凝集了10家我国新发突发传染病应对一线单位和微观组学、计算生物学和群体遗传学优势平台单位的"重要新发突发病原体发生与播散机制研究"项目获得了"十三五"国家重点研发计划专项资助。该项目将围绕"分子标记的筛选——分子标记的验证——分子标记指标体系的形成"三个环节,从病原体与宿主、个体与群体、基因型与生物表型三个方面,分子、细胞、动物和群体4个层面,筛选及验证同病原发生、传播、致病、耐药相关的病原及宿主关键分子标记,建立一套基于分子调频理论的新发突发传染病分子标记指标体系。     

深圳市南山区学校及托幼机构2010-2012年传染病暴发疫情分析

目的:分析南山区学校幼儿园2010-2012年传染病暴发疫情流行情况,探讨预防及控制疫情暴发的策略及方法.方法:以2010年南山区区级研究课题《学校传染病监测和预警系统研究》中开发的《学校传染病监测和预警系统》中的监测数据为基础数据,同时结合现场流行病学调查结果,采用MS Excel和SPSS对数据进行统计分析.结果:2010-2012年南山区学校及托幼机构共发生519起暴发疫情,其中甲类传染病疫情0起,乙类疫情56起,丙类传染病暴发疫情428起,其他传染病暴发疫情35起.暴发疫情种类以流感、手足口病、流行性出血热、感染性腹泻、水痘等为主,罹患人群共4227人,全区8个街道均有疫情发生,春秋季节暴发疫情较多,尤以3月份和9月份居多.结论:应重点加强学校和托幼机构等易感人群密集场所的传染病监测及疫情报告机制,落实晨检和因病缺课报告工作,提高疫情预警效率并及时采取防控措施,预防及控制流感、感染性腹泻、手足口病、水痘等常见传染病暴发疫情的发生,保护学生及幼儿的身体健康.     

基于CRISPR的快速灵敏便捷分子检测

快速灵敏检测技术对疾病防控必不可少。特别是新冠疫情暴发以来,人们深刻认识到快速灵敏检测技术的重要性。近年来,以CRISPR/Cas为代表的基因编辑技术带来了生物技术革命性的进步。CRISPR的核酸检测技术因其快速、准确、灵敏、经济等特点,正在引发分子诊断革新,并已被成功应用于传染病、遗传病、肿瘤基因突变诊断,以及食品安全等领域。本文归纳了基于CRISPR的多种核酸检测体系及应用,并对未来CRISPR核酸检测发展趋势及结合人工智能的智能化检测进行了展望。     

宏基因组学二代测序技术在感染性呼吸系统疾病病原体诊断中的应用进展

呼吸系统感染发病率高,早期明确感染的病原体是提高治愈率、降低死亡率的关键。目前病原体培养仍是临床病原学诊断的主要方式,但其敏感性低、耗时较长,不利于早期诊断和治疗。宏基因组学测序技术具有覆盖病原体广泛、快速、无偏倚、无需特异性扩增的优势,在鉴定罕见、混合感染、免疫抑制患者感染和常规检测方法难以检测到病原体的诊断中有较高的临床应用价值;但其也有特异性较低、公认判读标准缺乏、测序结果与治疗关系不明确、耐药基因检测困难、价格较高等不足。在临床应用中,宏基因组学测序与传统微生物检测技术具有相互补充的作用,两者结合使用能够提高临床诊断效能。本文就近年来宏基因组学测序方法在临床的应用进展进行综述。