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深圳专家全基因测序 四天破译H5N6病毒全基因组

2016-01-07 09:23:20
全球六例H5N6流感病例三例在广东,其中深圳的一例病例已于2015年12月30日死亡。疫情发生后,深圳市疾控中心与华大基因合作,对患者样本和活禽市场外环境样本分离出来的流感病毒,通过快速检测均确定属于H5N6亚型。之后,华大基因用了4天时间,对病毒进行全基因测序。

全球六例H5N6流感病例三例在广东,其中深圳的一例病例已于2015年12月30日死亡。疫情发生后,深圳市疾控中心与华大基因合作,对患者样本和活禽市场外环境样本分离出来的流感病毒,通过快速检测均确定属于H5N6亚型。之后,华大基因用了4天时间,对病毒进行全基因测序。结论显示:目前深圳活禽市场外环境存在H5N6流感病毒,且与本次报告病例病毒高度同源。“从生物信息学角度证实,本次病例是因接触活禽或市场外环境感染的。”深圳疾控中心有关负责人说。

传统基因组测序

至少需一星期到半个月

全基因组测序是一个庞杂的工程,在短短4天时间内,华大基因是如何完成流感病毒样本测序的?又是如何判断其是否与外环境的基因高度同源?华大基因微生物平台项目负责人金桃博士介绍,传统的对流感病毒的基因测序使用的是一代测序方式,简单说来需对流感病毒的8条基因片段一条条分别进行测序,而且每一条要分成几段来测量,做完后再一一拼接起来。一般说来,完成整个基因组的测序要花上至少一个星期到半个月的时间。

而在过去4年多的时间里,金桃带领团队针对流感病毒的特点建立了一整套全新的实验技术和分析方法,采用最新的二代测序方法,而且一次可以同时完成多个样本,且缩短了时间,大大提高了效率。“如果将病毒基因片段比喻成锁上的门,用原来的方法研究者需要先针对不同的基因片段配好相应的钥匙,然后一把把尝试打开这些门。但我们这种新的全基因组测序方法,可以只用一把大的钥匙就能打开所有的门。”也正是因为有这样的研究基础和积累,在疫情发生时,华大基因可以迅速应用这些技术获取重要的基因组信息,为疾病防控提供支持。

H5N1致病致死率最高

H7N9整体感染人数最多

金桃介绍,H5N6禽流感是禽流感病毒的一种亚型,病毒的来源是禽类。人感染的几率比较小,另暂时没有任何证据表明可以人际传播。流感病毒的命名是根据病毒表面蛋白HA (血细胞凝集素)和NA (神经氨酸酶)来命名的,其中HA有16个亚型,NA有9个亚型。“两者组合可以有一百多种亚型,而且每种的性质都不同。”统计显示,目前已有120多种排列组合已经被发现了。而目前对人致病性和致死率最高的是H5N1,整体感染人数最多的是H7N9。

流感病毒内部的基因到底是什么样的?从2011年开始研究流感开始,金桃博士所带领的研究团队,已经完成了几千份流感病毒样本的基因测序和分析。她解释称,流感病毒靠RN A遗传,由8个单独的基因片段组成,其中代表外部基因的是HA和NA,研究者对于流感病毒的命名也根据这两条的性质而定,其他的6条基因,被称为内部基因。内部和外部基因共同决定了流感病毒的各种特征。同时,这8条基因片段的长度也不一样,最短的约900个碱基,最长的为2400多个碱基。

活禽市场是一个孵化器

病毒有更多机会进行重组

禽流感病毒最为可怕的,或许不是偶然性的病发,而是那些潜伏在病发背后的流感基因片段的不稳定和互换。金桃表示,当HA和NA两个外部基因进行排列组合后,可能会产生诸如H7N9、H5N1、H9N2、H5N6等不同的病毒亚型,其中H9N2致病力较低,在禽类身上也很常见,而H5N1最为凶险,但近年来感染病例非常少。此次出现的H5N6,有一些特性与H5N1相似。

“流感病毒的特点之一,就是不同亚型的流感病毒可以相互交换基因片段。”金桃介绍,当两个不同亚型的流感病毒感染了同一宿主时,在宿主体内细胞里面所有的基因链条是完全散开的,它们之间又可以进行重新的自由组合并可能形成新的亚型。同时,这些新组合不一定就能存活下来,它们将根据适应性而被选择性地存活下来,并有可能进一步传播。“目前普遍认为,活禽市场是一个孵化器,来自不同地方的活禽被饲养在相对狭小的空间里面,病毒也就有更多的机会进行重组。关闭活禽市场,一是阻断病毒重组,二是切断人和禽的密切接触,降低感染的可能。”面对禽流感,金桃建议食用禽肉蛋时要充分煮熟,流感病毒耐冷不耐热,最重要的是尽量避免接触活禽。

提醒

观鸟时建议做防护碰到死鸟别直接接触

随着H7N9和H5N6等病例的出现,近日位于深圳的广东内伶仃福田国家级陆生野生动物疫源疫病监测站也加强了对于候鸟的监测。深圳红树林的栖息鸟类和过境鸟类,目前未见异常。华大基因的相关人士表示,此后深圳的禽流感研究中,也将包含对红树林野鸟的监测。但承接该项目的负责人金桃表示,目前对于野鸟的实际监测难度仍然较大。

“任何病毒不会一开始就杀死所有的宿主,因为这样它们也就没有了生存空间。”她表示,野鸟是禽流感病毒的天然的宿主,包括H5病毒在内。但作为迁徙性动物,野鸟也存在着将病毒长距离传播的风险。但是野鸟的跟踪采样相对困难:一是需要有相应的许可才可进入保护区,而且对野鸟的采样也有严格的要求,不能伤害它们;二来根据以往的研究数据,野鸟样本中禽流感病毒的阳性率一直都是很低的,得到的病毒样本相对家禽来说要少得多。“现有的防护措施一般是不在候鸟栖息地周围设置养殖场,减少野鸟与家禽的接触。同时,在观鸟时也会做一些防护,减少与人的直接接触。”金桃也建议,在禽流感病毒流行期间,市民若碰上死鸟也尽量不要直接接触,更不宜拿回家烹食或玩耍。

H5N6现形

采样

此次深圳报告H5N6病例后,市疾控中心人员立即对其进行了采样。为防止感染,采样过程中工作人员都进行了严格的消毒和防护处理,并在生物安全三级(BSL-3)实验室通过专业机器对样本进行处理。金桃说,禽流感病毒有一个蛋白质外壳,里面包含着基因组,首先需要破坏掉其外壳,提取其中基本没有危害和传染性的核酸进行后续的分析。

扩增

“一般说来,疾控中心所给到我们做基因测序的样本也很复杂,从临床样本中提取的核酸中不仅包含禽流感病毒,同时还有来自人体和细菌的核酸。要对病毒基因做测序,我们需要富集病毒的序列。”金桃打了一个比方,如果将取到的样本看成一个大饼,其中流感病毒的基因可能只是其中的一颗芝麻,为了更有针对性,研究者需要进行扩增,使原本很少的病毒序列的比例显著增加,成为样本的主要部分。

测序

获取样本后,研究者一般会选择两种方式之一对核酸序列进行切断,一是物理打断,一是生物酶作用。随后,再通过基因测序仪读取序列,最终得到上百万条零散的片段结果,每一条有100个碱基长度。“得到这些碎片后,我们可对照以前发现的禽流感病毒的序列顺序,使用专门的分析软件,把这些小碎片像拼图一样进行拼接,几个小时内就可以还原出一个完整的病毒基因组,这些软件都是华大自主开发的”,金桃说。

出品:南方都市报科学新闻工作室

主持:陈养凯

采写:南都记者 熊晓艳