猴痘疫情横空出世,基因测序把控病毒“七十二变”

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2022年7月25日/医麦客新闻 eMedClub News/--

世界卫生组织(WHO)7月23日宣布,在多个国家和地区发生的猴痘疫情构成国际关注的突发公共卫生事件(PHEIC),截至7月20日全球猴痘疫情的数据,全球已报告1.6万多例猴痘确诊病例,波及的国家超过了70个,较WHO 7月12日通报的9200例增长了79%。大部分病例来自欧洲,英国已报告确诊2137例,而非洲报告已有5人死亡。亚洲方面,6月21日,新加坡卫生部确诊了首例境外输入猴痘病例,猴痘疫情正式传入亚洲,随后以色列、阿联酋、黎巴嫩、新加坡、韩国等亚洲国家也已发现了猴痘病例。

▲ WHO突发事件委员会关于猴痘多国疫情的第二次会议

(图片来源:WHO 2022年7月23日新闻稿)

欧美:飞速增长,控制缓慢

纵观全球,85%的病例发生在欧洲,且确诊人数在两周内增加了两倍,WHO已呼吁欧洲采取“紧急”行动以预防猴痘传播。同样需要控制的还有美国,美国《纽约邮报》7月22日报道,全美目前确诊超2800例猴痘病例(包括两名儿童),蔓延至43个州。同时美国加州还报道了一名时感染新冠和猴痘病毒患者,这也是美国首个同时感染新冠和猴痘病毒的病例。目前美国检测数量和效率有限,疫苗推出缓慢。

美国疾病控制与预防中心(CDC)正通过授权商业实验室开展猴痘检测,以提升病毒检测能力,但这一举措需要1个月的过渡时间,才能将检测能力从每周8000次提升到每周10000次。2022 年 7 月 6 日,第一家商业实验室开始接受基于临床医生订单的 NVO (非天花正痘病毒)检测样本。

▲ WHO公布全球猴痘确诊病例地理分布

(截至2022年7月6日)

国内:最新防控技术指南发布

截止7月22日中国境内,除台湾省已确诊两例猴痘个案外,暂无新的确诊患者,整体政策以预防境外输入和准备猴痘核酸检测手段为主。

国家卫健委6月27日针对猴痘疫情印发《猴痘防控技术指南(2022年版)》(下称《指南》)。

▲ 图片来源:国家卫健委官网

《指南》要求,海关、卫生健康等部门可采取多种形式,积极、广泛地宣传猴痘病毒病防治知识,使公众及时、有效地釆取预防手段,限制非洲啮齿类动物和灵长类动物的进口贸易,减少病毒向我国扩散风险等。

现有入境人员隔离期间,在排查新冠病毒感染的同时,各地应主动对入境人员进行猴痘病毒排查,特别是入境前21天内有猴痘疫情报告国旅居史的人员,密切监测出疹情况,发现可疑人员或疑似病例,应按相关规定及时报告辖区疾控机构并转送定点收治医疗机构。

此次疫情的特点:体征渐变,传播方式变化

猴痘是一种病毒性人畜共患病,由猴痘病毒(MPXV)感染引发。该病毒与天花同属于痘科的正痘病毒属,为自限性病毒,大部分人能够自愈。《指南》中同时对此次猴痘病毒感染的临床表现进行了总结:潜伏期5-21天,多为6-13天,整体病程约2-4周。发病早期出现发热、寒战、头痛、嗜睡、乏力、背部疼痛和肌痛等前驱症状,90%患者出现明显的浅表淋巴结肿大。发病后1-3天出现皮疹,首先出现在面部,逐渐发展到四肢和身体,遗留的红斑、色素沉着或瘢痕持续时间可长达数年。部分患者还会出现并发症。

▲ 猴痘皮疹表现(图片来源:sputniknews.cn)

这种病毒经过黏膜和破损皮肤侵入人体,主要通过密切接触传播在人际间传播,亦可在长时间近距离接触时通过飞沫传播接触病毒污染的物品也有可能感染。病毒还可通过胎盘进行母婴传播

世卫组织称,猴痘病例常多发于西非和中非地区,而目前多个国家报告的确诊和疑似病例却没有任何猴痘流行地区旅行史,这种情况并不正常。该病毒的流行病学特征出现显著变化,且疑似更具传染性。

易感人群上,过往非洲疫情中的感染者常见于年幼儿童和免疫功能低下人群,但本次猴痘疫情的确诊病例中99%是年龄在37岁左右的成年男性

临床表征上,今年在非洲以外的非地方性流行地区发现的猴痘病人的临床症状普遍较轻且不典型,皮疹主要分布在生殖器及其周围部位,数量较少。

传播方式上,社区传播成为主要的传播模式。西班牙和葡萄牙政府表示,发现的病例主要是与其他男性发生性关系的年轻男子。这一情况使大众怀疑此次疫情的病毒还存在性传播的感染途径。同时,英国莱斯特大学的学者在新一期的《柳叶刀》上撰文指出,不能排除猴痘病毒经由空气中的气溶胶传播的可能。

横空出世?基因测序把握病毒的“七十二变”

面对快速扩展的事态,国际测序工作立即开始确定引起暴发的病毒特征,以确定其来源并跟踪其传播

猴痘病毒的长度约为197kb,它与新冠病毒的不同而带来的挑战在于:

猴痘病毒基因组为双链DNA,相对更稳定,也更难拆解,而新冠病毒仅为单链RNA;基因组长度是新冠病毒的六倍多,其分析难度也成倍增长;其较长的反向串联重复序列,很难用短读方法分解成单个拷贝;偏低的GC比例导致难以准确测序其长polyA/T均聚物束;局部串联重复分散在基因组中,可能带来组装挑战;

▲ 猴痘病毒

(图片来源:nature.com/articles/d41586-022-01493-6)

目前,从比利时、法国、德国、葡萄牙和美国等国家的猴痘患者收集的病毒基因组均已得到测序。2022年6月24日发表在nature medicine上的一篇尚未正式发布的研究就重点分析了2022年5月20日葡萄牙公开发布的第一个与疫情相关的猴痘病毒基因组序列,以及2022年5月27日之前在NCBI上发布的其他序列。

WHO的若昂·保罗·戈麦斯博士表示,“我们在研究中发现,2022年暴发的猴痘病毒基因组与2018—2019年的近缘病毒基因组相比,相差了约50个单核苷酸变异多样性位点(SNPs)。基因组超出预期的突变率,显示出猴痘病毒可能正变得更加适应人体。”

▲ 研究中对已有病例的病毒测序结果

(图源:上述文献)

核酸提取:核酸检测的关键步骤

《指南》中规定对于疑似病例定义者,经实验室检测,猴痘病毒核酸检测阳性或病毒分离阳性为确诊病例。

和新冠病毒核酸检测流程类似,包括样本采集——核酸提取——实时荧光定量PCR检测。不同的是,猴痘的样本类型包括痘疱液、病变皮疹、痘痂、全血或血清、咽拭子、皮疹和痘疱表面或渗出液拭子和其他可以标本。

核酸提取是核酸检测的关键步骤之一,荧光定量PCR的灵敏度与生物样品中核酸的回收率呈正相关,同时也是核酸检测的限速步骤之一。

核酸提取方法一直在不断改进的路上。1869年瑞士医师Firedrich Miescher成功完成了首例核酸提取,从白细胞中获得了粗糙的DNA。经过150多年的行业进展,开发出了酚/氯仿抽提法、醇沉淀法、柱离心法、碱裂解法、煮沸裂解法和磁珠法等等。

磁珠法诞生于20世纪80年代,在90年代迅速成功商业化。因为其通过氢键和静电作用与核酸发生特异性结合的特点,从而能够在复杂的生物体系中迅速分离核酸,具有提高核酸产量、保证生物活性、简化操作步骤等优势,算得上是现代实验室的首选核酸提取方式。

赛默飞的KingFisher仪器作为一款基于磁珠法的自动化样品制备仪器,采用磁棒式设计,转移磁珠而不是转移液体,可实现更快速、高通量的提取,高度保持实验结果的一致性。这对于诸如qPCR、NGS、数字PCR和质谱分析等灵敏的下游应用至关重要。

KingFisher仪器提取原理(图片来源:赛默飞)

可视化与模块化管理也是现代实验室的管理要素之一。基于这两个优化方向,研究人员更加期望同一仪器能够具备多实验目的的兼容性,例如满足不同类型样品制备的要求,同时还能够视试验需求进行不同实验环节的衔接,从而提高实验室使用的性价比,并保证高质量的实验设计。

赛默飞KingFisher仪器兼容核酸、蛋白、细胞纯化的各种应用,配有种类充足的配套试剂盒,能够满足从DNA/RNA提取到蛋白样品制备的多方面需求。

KingFisher仪器的更多功能,等待您详细了解!

当然,效率也是各厂商在努力提升的直观要素。相对于手动操作,自动化设备是现代实验室更新的明确方向。

▲ KingFisher仪器的自动化效率提升效果

小结

KingFisher 多功能样品纯化系统,可对DNA、RNA、蛋白质和细胞样品进行一致的提取和纯化,可用于各种病毒/病原体核酸检测,用于基因检测的基因组DNA提取,用于组织和液体活检的 FFPE 和游离 DNA (cfDNA)提取,噬菌体淘洗,蛋白质分离和肽图分析,T 细胞和外泌体研究等。

▲ KingFisher磁珠纯化应用手册

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