نقش توالی یابی NGS در شناسایی و درمان ویروس کرونا
زمان مطالعه:12 دقیقه
شرکت ایلومینا دو دستورالعمل جدید برای شناسایی ویروس کرونا از نمونه‌های بالینی جهت تشخیص، کنترل بیماری و درمان ارائه کرده است. در دسامبر 2019 ، یک سندرم حاد تنفسی شدید(SARS) از ویروس کرونا (SARS-CoV-2) در شهر ووهان چین شناخته شد و به سرعت به یک پاندمی تبدیل شده است. اولین ژنوم ویروس کرونا 24 ژانویه (یک ماه بعد) توالییابی شد. در اواخر آپریل بیش از 12.000 ژنوم ویروس کرونا توالییابی شد که در سایت GISAID قابل دسترس است. با اطلاعات این دیتایس می‌توان روند انتشار و تکامل ویروس را متوجه شد. این تعداد ژنوم توالییابی شده بسیار کمتر از 3 میلیون فردی است که توسط تکنیک qPCR شناسایی شده است. این نشان دهنده سرعت انتشار بالای ویروس و عدم توانایی در شناسایی تغییرات توالی ژنتیکی ویروس در مدت زمان کوتاه انتشار است. مشکل دیگر ویروس کرونا این است که طیف وسیعی از علائم بالینی از خفیف تا مرگ را شامل می‌شود. به منظور موثر بودن اقدامات کنترل و پیشگیری از عفونت باید انواع راه‌های انتقال ویروس را از افرادی که بدون علامت هستند در نظر گرفت. همچنین افرادی که دارای سایر عفونت‌های زمینه‌ای هستند بیشتر در معرض خطر فرم شدید ویروس کرونا هستند. گری شروت، دانشمند برجسته و معاون اصلی ایلومینا در مصاحبه خود گفته است که” تست PCR که در حال حاضر استفاده می‌شود فقط قادر به شناسایی وجود یا عدم وجود ویروس کرونا در بدن است و اطلاعاتی در مورد توالی ژنتیکی ویروس و پاسخ ایمنی بیمار ارائه نمی‌دهد”. برای بدست آوردن اطلاعات ارزشمندی مانند جهش‌های ژنوم ویروس و پاسخ بیمار به این ویروس باید از نسل نوین توالییابی استفاده کرد. برای کمک به محققین برای رسیدن به این اهداف، شرکت ایلومینا دو روش برای توالییابی ژنوم ویروس کرونا ارائه کرده است. یکی از روش‌ها بر اساس shotgun metagenomics و دیگری بر اساس توالییابی هدفمند(target enrichment) است.
روش Shotgun metagenomic
یک روش پربازده است که می تواند همزمان تمامی میکروب‌ها و ویروس‌های موجود در نمونه را بدون نیاز به داشتن اطلاعات قبلی (که چه میکروبی و ویروسی وجود دارد) شناسایی و توالییابی کند (شکل1). این روش میکروبیولوژیست‌ها را قادر می‌سازد تا تنوع باکتریایی را ارزیابی کرده و فراوانی میکروب‌ها را در محیط‌های مختلف شناسایی کند. اگر عامل بیماری زایی جدیدی مانند ویروس کرونا شناسایی شده باشد، بررسی جامع تمامی ارگانیسم‌های موجود در یک نمونه بسیار مهم است. نسل نوین توالییابی(NGS) توانایی توالییابی همزمان چندین نمونه با کاوریج بالا را در هر نمونه رادارد. توالییابی متاژنومیک مبتنی بر NGS می‌تواند میکروب‌های با فراوانی خیلی پایین راشناسایی کند که ممکن است آن‌ها از دست رفته باشند یا شناسایی آن‌ها با استفاده از روش‌های دیگر بسیار گران قیمت است. روش‌های مختلفی برای این نوع توالییابی وجود دارد. برای هر مرحله از این نوع توالییابی، محصولاتی ارائه شده است که در جدول1 قابل مشاهده است.
جدول 1– برای هر مرحله از توالییابی shotgun می‌توان از محصولات مختلف برای آنالیز استفاده کرد.
روشShotgun metagenomic متعلق به ایلومینا مراحل آماده‌سازی نمونه، آماده سازی کتابخانه ، تعیین توالی و آنالیز را با استفاده از داده‌های بومی یا با ابزارهای Cloud-base یکپارچه کرده است. اخیراً شرکت ایلومینا با شرکت metagenomic IDbyDNA قرارداد همکاری امضا کرده است و مشتریان می توانند به پلت‌فرم Explify دسترسی داشته باشند. این پلت فرم یک پایگاه داده اختصاصی از توالی مرجع DNA و RNA است که می تواند برای شناسایی بیش از 35.000 ویروس و 13.000 باکتری استفاده شود. با استفاده از این روش می‌توان فهمید که آیا بیمار همزمان به ویروس‌های دیگر مانند آنفلوانزا یا باکتری آلوده است یا خیر،که می‌تواند برای تصمیمات درمانی و پیش بینی نتایج بیمار مفید باشد.
شکل 1-روش Shotgun metagenomic برای شناسایی ویروس کرونا
داشتن دانش در مورد توالی ژنتیکی ویروس به محققان این امکان را می دهد که از چگونگی تکامل SARSCoV-2 برای نظارت بر انتقال و اطمینان از تست‌های تشخیصی و درمان‌های هدفمند نهایت استفاده را ببرند. رویکرد SHOTGUN همچنین اطلاعاتی در مورد پاسخ بیماران به عفونت را فراهم می‌کند. شروت توضیح می دهد که: “هنگامی که یک سواب بینی را توالییابی می کنید ، شما RNA را فقط از ویروس دریافت نمی‌کنید ، بلکه RNA را از ترنسکریپتوم انسانی موجود در بینی دریافت می کنید.”. RNA سلول‌های اپیتلیال التهابی و سلول‌های ایمنی فعال می‌تواند عملکرد سیستم ایمنی بدن بیمار را در پاسخ به ویروس نشان دهد. این به محققان کمک می‌کند تا بفهمند که چگونه SARSCoV-2 باعث بیماری می‌شود و چرا در برخی از افراد بیشتر تاثیر می‌گذارد.
روش توالی یابی هدفمند (target enrichment)
توالییابی هدفمند این امکان را به محققان می‌دهد که با اعتماد بیشتری ژن‌های خاصی را در نمونه توالییابی کنند، بنابراین مقدار دیتای لازم برای آنالیز را کاهش می‌دهد. در این روش ویروس کرونا با دقت معادل توالییابی shotgun شناسایی می‌شود. همچنین این روش ترکیبی از Illumina’s Nextera Flex برای ایجاد کتابخانه‌های هدفمند NGS و یک پنل الیگو(oligo panel) ویروسی جدید است که بیش از 40 ناحیه پاتوژن مورد نظر را شناسایی و توالییابی می‌کند. پانل هدفمند، جهش‌های ژنومی را در نمونه‌های مختلف شناسایی می‌کند و به شناسایی اپیدمیولوژی انتقال کمک می‌کند.
شکل 2- روش هدفمند(Enrichment) برای شناسایی ویروس کرونا
در این دو روش گفته شده عمق توالییابی (تعداد خوانش‌ها در هر نمونه) مورد نیاز متفاوت هستند (جدول را ببینید). روش توالییابی هدفمند برای سیستم های رومیزی(benchtop systems) مناسب هستند. همچنین اطلاعات بسیار مشخصی را ارائه می دهد (چون نواحی مورد نظر خودمان توالییابی شده است). شما برای اینکه از یک نمونه نتایج خوبی بگیرید فقط به 0.5تا 1 میلیون خوانش نیاز دارید. در مقابل آن روش shotgun به 20 تا 50 میلیون خوانش در هر نمونه نیاز دارد. این روش به دیتای بیشتری نیاز دارد، اما به تناسب آن اطلاعات بیشتری از این روش بدست می‌آورید.
منابع این فایل:
