附属北京地坛医院与北京大学、清华大学联合开发灵敏简单新型冠状病毒测序手段
近日,北京未来基因诊断高精尖创新中心(ICG)和北京大学生物医学前沿创新中心(BIOPIC)黄岩谊课题组、谢晓亮课题组和清华大学王建斌课题组、首都医科大学附属北京地坛医院传染病研究所陈晨团队、曾辉团队,在预印本网站bioRxiv发表题为《MINERVA: A facile strategy for SARS-CoV-2 whole genome deep sequencing of clinical samples》的论文,介绍一种灵敏简单新型冠状病毒测序手段MINERVA (Metagenomic RNA Enrichment Viral sequencing),并展示了其从72个病人获取的85例临床样品上的测序结果。
图一:MINERVA是一个简便易行的测序建库方法,它建立在之前发展的SHERRY方法之上,兼容新冠病人常见的临床样本类型,并通过特异性的富集,来获取高覆盖度和高深度的新冠病毒基因组数据
MINERVA方法的基础,是北大和清华合作团队前不久发展的SHERRY快速建库技术,在疫情暴发的初期,发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。疫情伊始,该团队即联合附属北京地坛医院团队,进行攻关。谢晓亮教授曾谈到:“虽然SHERRY 应用广泛,当下我们第一个临床应用是对nCoV感染者进行测序。nCoV病毒属于RNA 病毒,其序列已被中国科学家测出,从而有了刚刚获得药监局批准的几家nCoV检测试剂盒。这些试剂盒利用 RT-qPCR 的方法对病毒的某一位置定点测量。而这2万9千碱基的病毒突变很多,且随时间变化,因而亟需测序。SHERRY应该比现有的RNA 测序建库方法更灵敏、更简单。这对nCoV的检测和分析十分重要,因为我们希望避免在高封密(P3 和 P4)实验室中的RNA 富集操作。我们的团队正在夜以继日、争分夺秒地攻关,希望提供更好的nCoV 测序方法。”
图二:本研究的85个临床样本来自附属北京地坛医院的72位新冠病人,样品类型包含咽拭子、痰和粪便;病人的病情涵盖了轻症、普通型、重症和危重症四类
经过2个月的不懈努力,这一联合攻关团队立足于SHERRY方法快速、简便、稳定的优势,经过改进使之可以兼容于新冠病人的多种不同类型的样本,再结合新冠病毒全基因组靶向富集技术,实现了对临床样品的宏基因组和新冠病毒全基因组的同时获取。
在论文中,MINERVA相比于传统方法展现出明显的快速简便优势,从样品提取的核酸出发,5小时后完成宏基因组测序文库;同时由于其分子检测效率高,MINERVA仅需很少的测序数据量就可以在新冠病毒全基因组覆盖率和深度上全面超过传统方法。MINERVA不但可用于咽拭子、痰液、粪便三大类新冠病人的临床样品,还可以兼容在核酸检测常规操作过程中使用了carrier RNA的核酸提取样品,使得已经获取的样本可以再次用于测序。这一通用、快速、灵敏的方法,将大大加速针对新冠病毒的各项研究。
本论文的共同第一作者包括首都医科大学附属北京地坛医院传染病研究所陈晨研究员、清华大学生命科学学院博士研究生李籍舟、北京大学生命科学学院博士研究生狄琳、香港科技大学生物系博士研究生敬秋雨、首都医科大学附属北京地坛医院杜鹏程副研究员。这一工作的参与者还包括清华大学李琼、首都医科大学附属北京地坛医院宋川、李佳瑞博士、北京大学曹云龙博士、香港科技大学吴若昊教授。该工作得到了国家自然科学基金委、国家科技部、香港研究资助局、北京未来基因诊断高精尖创新中心、北京结构生物学高精尖创新中心、北京脑科学计划、清华大学抗疫检测技术科研突击队以及深圳湾实验室的支持。由ICG和BIOPIC运行的北京大学高通量测序平台为本项目提供了快速响应支持。
陈晨,硕士生导师,首都医科大学附属北京地坛医院传染病研究所研究员,北京市科技新星、北京市卫生系统高层次人才。中国医疗保健国际交流促进会分子诊断学分会常务委员,中国生物工程学会生物信息学分会委员,中国微生物学会微生物生物安全专业委员会青年委员。科技部政府间重大专项项目负责人。2015年特聘加入首都医科大学附属北京地坛医院研究所。
曾辉,教授、博士生导师,首都医科大学附属北京地坛医院传染病研究所所长、新发突发传染病北京市重点实验室副主任、国家中医药管理局感染免疫三级实验室主任,中国医师协会体外生命支持专业委员第一届委员会常务委员兼总干事。先后获得国家人事部留学人员科技活动择优资助重点类项目、新世纪百千万人才工程 、北京市卫生系统高层次人才培养学科带头人、北京市高层次创新创业人才支持计划卫生领军人才等项目资助。主持国家自然科学基金资助7项,在Blood、EMBO J、Thorax、Clinical Cancer Research、Aging Cell等期刊发表SCI文章80余篇,获得中华医学科技奖二等奖1项,华夏医学科技奖二等奖1项,北京市科技进步三等奖2项。