纽约——随着SARS-CoV-2病毒的突变体在世界各地呈上升趋势，其中一些比野生型更具传染性，而另一些则无法使用刚刚发布的疫苗，监测其传播的基因组监测变得比以往任何时候都更加重要。
在本周在线举行的“基因组生物学与技术进展”大会上，两个基因组实验室——一个在vwin德赢ac米兰合作英国，另一个在加拿大——描述了他们从患者样本中常规测序病毒基因组的方法，以及他们如何使用这些数据监测变异、分析疫情和指导政策制定者。
威康桑格研究所COVID-19项目主任杰弗里·巴雷特解释说，他的团队的工作是英国COVID-19基因组联盟(COG-UK)的一部分，该联盟成立于2020年3月，向英国国家卫生服务的地方中心和英国政府提供大规模全基因组病毒测序、生物信息学和专业知识，以帮助为政策决策提供信息和管理大流行。除了桑格研究所，它还涉及十多家提供测序服务的学术机构，以及英国的四家公共卫生机构。
英国政府还帮助建立了所谓的“灯塔实验室”网络，即由卫生部、英国国家医疗服务体系信托基金、商业供应商、学术团体或非营利组织管理的高通量COVID-19检测实验室，这些实验室承担了大部分基于社区的COVID-19检测。
巴雷特说，去年夏天，桑格研究所与灯塔实验室合作进行基因组监测。每天，实验室都会将PCR测试的剩余样本送到桑格研究所，每天总共有50万份样本，这些样本是96个孔板中阳性和阴性测试的混合。它们装在大箱子里，存放在研究所停车场的临时冰柜里，直到测序完成。
桑格大学的研究人员使用一种特殊配置的手动和机器人管道，只从培养皿中挑选出阳性样本进行测序——目前，每周大约有2万份阳性测试，尽管这个数字还在继续增长。这些是根据当时英国不同地理区域的阳性病例数量选择的。使用ARTIC方案对样品进行pcr扩增，该方案覆盖30 kb SARS-CoV-2基因组，有98个平铺扩增子，并在Illumina NovaSeq仪器上测序。
该实验室目前每周产生大约2万个病毒基因组。巴雷特说，在英国各地，实验室总共对30多万个样本进行了测序，其中一半是由桑格完成的。他说:“就使用基因组观察和监测病毒而言，这真的是一个相当全球独特的规模。”
使用序列数据，通常是在样品经过pcr测试后10到14天出来的，研究人员已经能够识别出超级传播者事件，其中许多病毒序列是相同的，例如，在斯温顿的冷冻食品设施爆发，蔓延到周围社区。
他们还跟踪了B.1.1.7变种的传播，该变种于11月底首次出现在英格兰东南部，并在接下来的几个月里迅速蔓延到全国各地。
巴雷特说，今天，英国几乎所有的新感染都是B.1.1.7变种，它携带许多不同的变种，包括17个编码突变和刺突蛋白中两个氨基酸的缺失。这一缺失导致赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific) TaqPath PCR检测中的一个靶标缺失，该检测在英国被广泛使用，而该缺失可以用来跟踪该变体的传播。
巴雷特说，展望未来，目标是进一步扩大病毒测序，以跟踪突变菌株，并在各国竞相为其人口接种疫苗的同时防止它们进一步传播。他说:“我们当然打算……在整个2021年保持我们的监控项目，因为我们认为它将继续有很大的价值。”他补充说，特别是疫苗耐药性是“一个受到密切关注的问题”。
在大洋对岸的不列颠哥伦比亚省，为约500万人口服务的不列颠哥伦比亚省疾病控制中心公共卫生实验室项目负责人Natalie Prystajecky自大流行早期以来一直在跟踪病毒基因组序列。该实验室的部分资金来自加拿大COVID基因组学网络(CanCOGeN)，这是加拿大政府的一个4000万加元(3160万美元)的项目，旨在应对COVID-19大流行，并建立应对未来疫情的能力。
最初，BC省实验室使用测序来跟踪该省的病毒谱系，这些病毒谱系与旅行、长期护理设施以及3月初牙医会议上的超级传播者事件有关，该事件继续在不列颠哥伦比亚省传播病例。Prystajecky说，在早期，测序“是一种帮助决策的工具”，但这些数据也被用于调查疫情以及病例之间的联系。
她说:“在这一点上，我们意识到，在对SARS-CoV-2进行测序方面，我们应该做的不仅仅是研究。”而且对更多测序的要求越来越多。因此，该实验室开始对特定群体进行监测测序，包括学龄儿童、旅行者和医疗工作者，现在专注于识别担忧的变体。
在扩大测序(包括用于临床目的)的过渡过程中，该实验室于8月将其最初设置的ARTIC扩增方案和Oxford Nanopore MinIon测序切换到更高通量的方案，该方案具有样品制备自动化，使其能够每周测序至少750个SARS-CoV-2基因组。
为此，该公司获得了两台Illumina测序仪器，并改用了产生1200 bp而不是400 bp扩增子的扩增方案，这提供了更多的一致性，Prystajecky说。
目前，研究人员使用Thermo Fisher KingFisher仪器提取RNA，该仪器也用于常规诊断，在Eppendorf液体处理器上生成Illumina文库，并在MiSeq Micro Cartridge上每天测序两个文库，运行时间为19小时。她说，通常的周转时间是三到四天，实验室每周测序900到950个病毒基因组，约占该省所有阳性病例的四分之一。然而，她说，即使这对公共卫生部门来说也不够，实验室计划在未来几个月将测序能力提高一倍。这将需要更多的液体处理系统和更长的每周工作时间，到3月中旬将从6天增加到7天。
Prystajecky说，扩大规模的一个挑战是供应短缺，包括最近图书馆准备包的短缺。她说，计划的一部分是研究替代的图书馆准备策略，这些策略“更独立于一些大玩家”。
另一个问题是缺乏数据分析师。她说:“如果你生成的数据是原来的两倍，你就真的需要有适当的分析和人员来处理这些数据。”她补充说，更多的招聘正在进行中。
自8月以来，该实验室已经生成了1万多个高覆盖率的基因组。它还成功地对低病毒载量的样本进行测序，对PCR Ct值为30的样本，甚至对Ct值较高的样本，都获得了良好的一致性结果，尽管一些高Ct值和低Ct值的样本都失败了。
测序数据用于研究该省的优势血统如何随时间变化，以及它们如何影响不同地区。她说，这也为了解医院疫情以及传播是如何发生的提供了线索。
该实验室在三个月的时间里对25%的儿科病例进行了测序，发现最初，学校内的传播并不多，主要发生在社区。这种情况在11月发生了变化，当时病例总数开始增加，学校开始爆发疫情。
最近，该实验室一直在跟踪新的变种，包括去年12月首次发现的B.1.1.7英国变种，以及今年1月首次发现的B.1.351南非变种。根据1月份的一项qPCR检测研究，这两种变体在BC省的患病率仍然相当低，但它们越来越多地通过社区传播而不是旅行获得。她补充说，从两周前开始，实验室定期筛查所有阳性样本，以寻找令人担忧的变异。
该实验室还致力于监测废水中的各种问题。在温哥华都会区，自秋季以来，该公司一直在对废水进行测序，并能够跟踪病毒，并看到它随着临床病例的增加和减少。Prystajecky说，该计划现在还将在废水中筛选突变菌株。
今后还会有更多的任务。她说:“我们知道，随着大流行的演变，我们在测序方面的作用将继续发展”，例如，检测出现的令人担忧的新变异，包括本地变异。发现再感染和确定疫苗逃逸突变也很重要。
更好的数据整合是未来的另一个目标，特别是将基因组数据与流行病学和结果数据联系起来。她说，该实验室与这些地区的几个数据组在一起，目的是将他们的所有数据汇集到所谓的COVID队列数据库中，这可以帮助研究人员了解新担忧变体的临床影响。