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      GenoLab M高通量基因測序平臺在人類腺病毒遺傳特征分析研究成果

      瀏覽次數:3230 發布日期:2023-4-10  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
      近日,真邁生物的合作單位湖北省疾病預防控制中心在《Frontiers in Microbiology》雜志上發表了題為“Genetic characterization of human adenoviruses in patients using metagenomic next-generation sequencing in Hubei, China, from 2018 to 2019”的研究成果。該研究基于真邁生物GenoLab M高通量基因測序平臺與Illumina的NextSeq 550高通量基因測序平臺,對湖北省某兒童醫院25例上呼吸道感染患者的鼻咽拭子樣本進行mNGS測序;跍y序的分析結果,探討了病原基因組組裝的準確性,以及兩個平臺在病原微生物mNGS檢測方面的一致性,隨后,對完整組裝的HAdVs基因組特征進行了全方位的剖析,為中國HAdVs流行病學調查及公共衛生安全提供新的見解。
       
      *以下為該研究成果解讀

      背景簡介
      腺病毒(Human adenoviruses,HAdVs) 是人呼吸道感染常見的病原體之一,可引起廣泛的臨床疾病,包括肺炎、支氣管炎、膀胱炎、眼結膜炎、胃腸道疾病及腦炎等,在兒童及免疫功能缺陷患者中癥狀尤其嚴重。HAdVs基因型別眾多,且不同型別間或同一型別內均可發生重組,導致新的毒株產生,對公共衛生安全產生極大的影響。傳統對HAdVs的診斷及分型主要依賴病毒分離培養、血清學及關鍵衣殼蛋白(capsid)基因的PCR鑒定,費時費力,且對中和抗體等試劑依賴程度很高;趍NGS的病原微生物診斷,可以直接對臨床樣本中的核酸進行高通量測序,而不依賴微生物的分離和培養,能夠快速、客觀地檢測臨床樣本中所有未知的病原微生物,已成為感染性疾病精準診斷的重要工具。此外,通過對mNGS序列進行病原體基因組組裝,可以在基因組和基因層面對病原體進行深入的探究。

      結果概要
      1.研究框架
      本研究于2018~2019年,在湖北省咸寧市某醫院收集400例流感樣上呼吸道感染患者的鼻咽拭子樣本,對常見呼吸道病毒病原體進行篩查后,確定21例HAdVs陽性患者,共獲得25份樣本(包含4例病毒分離培養樣本)。隨后,將這25個樣本分別使用GenoLab M及NextSeq 550平臺進行宏基因組測序和相關分析。
       
      2.mNGS組裝完整性及準確性評估
      本研究首先對所有下機數據進行測序質量評估,確定GenoLab M及NextSeq 550平臺均可獲得可靠的mNGS測序數據。隨后對測序reads進行de novo組裝,并評估了組裝的完整度及準確性。結果表明:①在組裝完整性方面(指標:contig數量, N50, N90, 最大contig長度,覆蓋度),兩平臺基本一致;②在組裝準確性方面(指標:組裝的基因組與參考基因組的比對率),GenoLab M平臺88% (22/25)的樣本,NextSeq 550平臺84% (21/25)的樣本,獲得了>90%的比對率。說明兩平臺組裝的基因組準確性均較高,可以進行后續基因組特征的分析。
      Table1 GenoLab M與NextSeq 550組裝參數表
       
      3.平臺間mNGS物種注釋結果比較
      研究人員對兩個平臺的mNGS數據進行了物種注釋,發現檢出的微生物種類及豐度高度一致,且HAdVs含量豐富。臨床樣本相對病毒分離培養的樣本,檢出的微生物種類更為復雜。SE75(圖1B)模擬測序與SE150(圖1A)測序獲得一致的物種注釋結果,說明在基于mNGS的HAdVs感染診斷中,測序時間更短的SE75模式同樣適用,可以實現更快速的病原體診斷。
       
      圖1 mNGS物種注釋結果比較
       
      4.HAdVs基因型分類及進化樹分析
      該研究對25個測序樣本進行了HAdVs分型,共鑒定得到7種HAdVs基因型:HAdV-B3 (n=9),B7 (n=1),B55 (n=2);HAdV-C1 (n=2),C2 (n=6),C5 (n=1);以及HAdV-E4 (n=4)。結果表明,在湖北咸寧地區,HAdV基因型多樣性較高,且以B3, C2和E4為主。不同的基因型聚類為不同的進化分支,同一基因型的不同分離株聚類為同一分支。
       
      圖2 HAdVs基因型分類及進化樹分析
       
      5.不同基因型的全基因組進化樹分析
      為進一步探討不同型別的分離株與已發現的參考毒株的進化關系,研究人員對HAdV-B,C,E毒株分別進行了全基因組進化分析。結果表明:①新鑒定的分離株與對應的參考毒株形成預期的聚類,且與當地廣泛流傳的毒株進化關系密切;②B3基因型已開始形成新的聚類分支,需加強流行病學監測;③S64、S71和S28分離株經重組及全基因組比對分析,確定為重組毒株。
       
      圖3 不同基因型全基因組進化樹分析
       
      6.核苷酸一致性和多樣性分析
      全基因組核苷酸一致性分析表明,HAdVs不同型別間具有較高的進化保守性,HAdV-B, C和E基因組一致性分別達到93.52%,97.49%和96.99%。三個關鍵capsid基因——penton,hexon和fiber的多樣性分析表明:penton基因在HAdV-C中更為保守,在HAdV-B中多樣性很高,且存在兩個明顯的高變區;hexon基因在HAdV-B和C中多樣性更高,同樣存在兩個高變區,形成中和抗體識別的表位;fiber基因在三種基因型中,多樣性都很高,其C端的γ表位參與血凝抑制,決定病毒的組織偏好性(嗜性)。
       
      圖4 病毒全基因組及關鍵capsid基因核苷酸一致性及多樣性分析
       

      結論
      基于上述分析,我們得出如下結論:
      1、mNGS可以應用于臨床樣本HAdVs的快速診斷;
      2、通過de novo組裝可以得到完整的病毒基因組,其準確性及完整度滿足后續基因層面的分析要求;
      3、新鑒定的HAdV-B3分離株形成明顯的新聚類,且與北京株親緣關系密切,提示區域傳播的可能;
      4、本次檢測到3個HAdV重組病毒株,屬于HAdV-B55及HAdV-C2基因型;
      5、Capsid基因存在高核苷酸多樣性和高頻的重組事件,提示在中國進行HAdV流行病學監測的必要性。
       
      真邁生物專注于基因測序工具和平臺的創新與提供,從科研到臨床,為生命健康守護者提供洞見生命信息的核心設備,為健康決策和疾病診治提供可靠的科學依據,守護人類生命健康。
      來源:深圳市真邁生物科技有限公司
      聯系電話:0755-86714900
      E-mail:info@genemind.com

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