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。     

宏基因组学在传染病防控中的应用进展

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。     

病毒宏基因组学研究进展

病毒宏基因组学是一种新的病毒组学研究手段,随着高通量测序技术的飞速发展,人们能够从环境中快速发现、鉴定病毒基因组的组成并研究其特征。在过去的十年里,研究者们运用病毒宏基因组学发现了许多新型病毒,增强了人们对不同环境中病毒组成、分布和多样性的了解。因此,病毒宏基因组学已成为清晰描绘各种特殊环境中病毒图谱、了解自然界中病毒分布动态的有效工具。本文主要从病毒宏基因组的概念、样品前处理和病毒总基因组提取方法、测序技术以及病毒宏基因组的应用和发展前景方面进行概述。     

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.     

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。     

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。     

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。     

北京地区住院患儿WU多瘤病毒感染的流行病学研究

自2007年Gaynor A M等人通过高通量测序在肺炎患儿呼吸道样本中发现了WU多瘤病毒(Washington University polyomavirus,WUPyV)以来,WUPyV在世界各地被广泛检出。为了解北京地区急性呼吸道感染住院儿童中WUPyV感染情况及其临床特征,收集北京地区2017年4月至2018年3月共1 276份呼吸道感染住院患儿的鼻咽抽吸物样本,使用real time PCR方法对样本进行WUPyV检测,同时对WUPyV阳性样本进行17种常见呼吸道病毒筛查。共检出WUPyV阳性样本76份(5.96%,76/1 276),4岁以下儿童居多(92.11%,70/76);WUPyV感染全年可见,无显著季节性;多伴随其他呼吸道病毒混合感染(60.53%,46/76),最常见混合感染为鼻病毒和A型流感病毒;WUPyV单一感染者与混合感染者病毒载量无显著性差异,临床诊断和表现基本一致;WUPyV感染患儿的常见诊断为支气管炎(68.42%,52/76)和肺炎(30.26%,23/76);临床症状主要表现为高热、咳嗽、咳痰。研究结果提示WUPyV是北京地区急性呼吸道感染住院患儿呼吸道样本中常见病毒之一,多见于4岁以下儿童。     

基于高通量测序的群体基因组学——植物病原真菌研究新方向

群体基因组学能够从全基因组水平揭示种群结构与进化、物种形成、适应性机制等。随着高通量技术的不断发展,基因组测序成本不断降低,大规模测序已成为可能。近几年被全基因组测序的真菌数量迅速增加,极大地促进了真菌群体基因组学的发展,加深了人们对植物病原真菌起源、遗传多样性、选择作用、致病性、毒力因子、杀菌剂抗药性、寄主专化型等生物学特性的认识。本文简要介绍了植物病原真菌的全基因测序以及比较基因组学的研究进展,重点综述了基于高通量测序的病原真菌群体基因组学的最新研究动态。群体基因组学将成为植物病原真菌一个新的研究方向。     

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。     

环境微生物宏基因组学研究中的生物信息学方法

高通量测序技术的发展促进了组学技术在环境微生物研究中的广泛应用,而宏基因组学是目前最为关键和成熟的组学方法。生物信息学在微生物宏基因组学研究中具有至关重要的作用。它贯穿于宏基因组学的数据收集和存储、数据处理和分析等各个阶段,既是宏基因组学推广的最大瓶颈,也是目前宏基因组学研究发展的关键所在。本文主要介绍和归纳了目前在高通量宏基因组测序中常用的生物信息学分析平台及其重要的信息分析工具。未来几年之内,测序成本的下降和测序深度的增加将进一步增大宏基因组学研究在数据存储、数据处理和数据挖掘层面的难度,因此相应生物信息学技术与方法的研究和发展也势在必行。近期内我们应该首先加强基础性分析和存储平台的建设以方便普通环境微生物研究者使用,同时针对目前生物信息分析的瓶颈步骤和关键任务重点突破,逐步发展。     

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。     

临床宏基因组学应用现状及存在问题分析

众所周知,宏基因组学是一种通过提取样品中微生物的总DNA,构建宏基因组文库,研究环境中全部微生物的遗传组成及其菌落功能的方法。而宏基因组新一代测序(metagenome next generation sequencing,mNGS)是在宏基因组学基础上进一步发展起来的新一代测序技术,无需对患者标本进行培养,直接分析标本中的微生物DNA或RNA。本文介绍了宏基因组学在临床上的应用,包括传染病的诊断、疾病和健康状态下的微生物组分析、人类宿主反应分析和肿瘤相关病毒及其基因组鉴定,并简要探讨了临床宏基因组学研究中所遇到的挑战及解决方法。     

基于序列非依赖性扩增技术发现未知病毒的研究进展

随着第二代测序技术的发展,组学技术在微生物学领域的运用变得广泛,其中病毒宏基因组学技术在发现未知病毒和病毒检测方面发挥了越来越重要的作用。序列非依赖性扩增是病毒宏基因组学研究中最关键的一步,它直接影响目的序列的获得及后续实验的展开。本文主要介绍和归纳了几种常用的序列非依赖性扩增技术在病毒宏基因组学中的应用,比较、分析了几种序列非赖依性扩增的差别和优缺点,为读者使用此技术提供参考。     

宏基因组测序在中枢神经系统感染性疾病诊断中的应用及研究进展

中枢神经系统(central nervous system,CNS)感染是指由病毒、细菌或真菌等侵染中枢神经系统引起的急性或慢性炎症性(或非炎症性)疾病,致死率高,易引发严重后遗症。由于检测通量及灵敏度的限制,一半以上的中枢神经系统感染患者无法通过常规检测方法确定病原体。宏基因组测序是一种新兴的病原检测技术,能够极大地提升病原检出率。当前部分临床医生及相关从业人员对宏基因组测序的认识存在不足,限制了其在临床诊疗中的快速推广和应用。本文系统介绍了宏基因组测序整体流程,综述了该技术在中枢神经系统感染性疾病诊疗中的发展历程和最新研究进展,希望为中枢神经系统感染性疾病的诊断和治疗提供参考。     

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.     

重症急性呼吸道感染患儿中人鼻病毒分型检测及流行病学分析

目的:调查重症急性呼吸道感染患儿中人鼻病毒(HRV)的感染情况,初步了解不同型别HRV流行病学和临床特点。方法:收集2008年5月至2010年3月北京儿童医院重症急性呼吸道感染住院患儿鼻咽抽吸物样本259份,采用巢式PCR法,先用鼻病毒5′UTR引物筛查样本中该病毒总的感染情况,再用针对VP4-VP2区域的引物对阳性样本进行分型检测;同时对阳性样本进行其他常见呼吸道病毒共感染检测与流行病学及临床特点分析。结果:259例样本中,5′UTR初筛HRV阳性89例(34.4%),与其他常见呼吸道病毒存在共感染54例(60.7%);可通过VP4-VP2分型测序确定39例HRV-A(48.1%)、4例HRV-B(4.9%)、38例HRV-C(46.9%);HRV-A感染率最高的季节分布是秋季;HRV-A和HRV-C型感染者在临床特点上无明显差别。结论:HRV是儿童重症急性呼吸道感染的重要病原之一,新发现的HRV-C基因型感染率与HRV-A相似,但HRV在儿童重症急性呼吸道感染中的病原学意义还须进一步确认。     

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...     

人体肠道病毒群的宏基因组学研究进展

随着高通量测序技术的发展,与人体共生的微生物群成为当今研究的热点。肠道微生物群是人体最庞杂且重要的微生态系统,与人体健康密切相关。其中,肠道菌群与疾病的研究是热点,但是人们对肠道病毒群的关注较少。该文对人体肠道病毒宏基因组学的研究进行综述,介绍病毒宏基因组学的基本研究内容,以及研究面临的瓶颈问题,阐述利用宏病毒组学探索健康人体肠道病毒群组成的特征、肠道病毒群与某些人类疾病相关性的研究进展。