Samll:精确且全面检测SARS-CoV-2和其他呼吸道病毒的纳米孔靶向测序技术

新冠肺炎在全球的突然暴发和流行对公众健康和经济发展造成了巨大的影响,而新冠肺炎疫情防控的关键就是对疑似病人进行早检测、早隔离、早治疗。在病毒爆发初期,研究人员快速开发了RT-qPCR检测试剂盒进行核酸检测,然而该方法在疫情初期假阴性率较高,从而导致临床高度疑似新冠感染患者检测“假阴性”现象频发。此外,RT-qPCR核酸检测无法同时检测其他秋冬季高发、症状与新冠相似的其他呼吸道病毒,给疫情防控和患者分流管理带来极大挑战。

身处疫区一线的科研人员看在眼里,急在心里。针对这一问题,武汉大学药学院刘天罡教授、武汉大学人民医院李艳教授、中国科学院上海营养与健康研究所魏武研究员等迅速组建联合团队,开发了纳米孔靶向测序(Nanopore Targeted Sequencing,NTS)检测方法。该方法结合了病毒靶向扩增和纳米孔测序长读长、实时数据输出的优势,首次实现6-10小时内高敏感性、高准确性同时检测SARS-CoV-2和其他10大类、40余种呼吸道病毒。同时,该方法还可对新型冠状病毒基因组变异情况进行检测,监控病毒的突变以及对病毒进行分型。

NTS技术特点在于:(1)它不局限于中国或美国疾病控制中心目前在RT-qPCR方法中推荐的位点,而是将检测范围扩大到9个基因、12个位点近1万个碱基(10 kb)区域,全面覆盖病毒基因组上主要基因区域,100%覆盖病毒基因组上毒力相关的重要基因,从而显著提高检测敏感性和准确性;(2)NTS技术采用靶向扩增方案,从而排除了大量非病毒核酸的干扰,提升检测效率;(3)NTS技术采用可以同时测序同时分析的纳米孔测序,从而提升检测速度,并且能够通过读取病毒序列实现检测病毒突变及对病毒分型。

RT-qPCR就像是用一把狙击枪去击打样本中的病毒核酸,有一定概率打不中,而NTS不是用狙击枪,而是撒网,并且同时撒十几张网,这样捕获病毒核酸的概率就大大增加,从而显著提高检测敏感性和准确性。不仅如此,它采用纳米孔测序,还能在捕获病毒核酸的同时读出其序列,是目前最为快速的测序技术。同时,一次检测不仅可以确诊是否感染新冠病毒,而且其他常见的呼吸道病毒,包括呼吸道合胞病毒、冠状病毒、腺病毒、副流感病毒、甲乙丙型流感病毒等,也能同时检测出来,为医生分诊提供确切依据。更重要的是,这种方法还能检测在病毒传播期间与毒力相关的基因是否发生了突变,从而迅速为后续的流行病学分析提供信息。并且,NTS还能对病毒进行分型,从而对临床病人的诊疗提供指导。

虽然,NTS测序技术相比RT-qPCR有较高的敏感性,但是目前其检测周期仍高于RT-qPCR。因为检测敏感性高,NTS对实验场地和操作的要求也更为严格,需要的专业技术人员与实验室。此外,相比其他测序方案,NTS测序的成本已经有大幅降低,但相比RT-qPCR和抗体检测依然较高,现有条件下并不适用于大规模的人口筛查。因此,NTS检测技术和RT-qPCR是互相辅助的关系,RT-qPCR快速批量检测病毒样本,NTS帮助检测临床疑似但RT-qPCR结果为阴性或难以判定的样本,提高临床检出的阳性率。同时,在未来通过进一步整合自动化或微流控等技术,对NTS技术进行不断升级,减少人工操作提高检测通量,进一步降低检测的成本,将NTS发展为临床重要的常规检测技术。

相关工作在线发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202002169)上。