自2019年底新冠疫情爆發(fā)以來,海外疫情還在不斷持續(xù)和蔓延,國內(nèi)疫情偶有發(fā)生,多為境外輸入或與之相關。根據(jù)美國約翰斯·霍普金斯大學發(fā)布的新冠疫情最新統(tǒng)計數(shù)據(jù),截至2021年10月17日上午8點,全球累計新冠確診病例近2.4億例,累計死亡病例超過480萬例。

圖1 全球新冠疫情統(tǒng)計數(shù)據(jù)
(數(shù)據(jù)來源:https://coronavirus.jhu.edu/map.html)
新冠病毒是一種單鏈RNA病毒,核酸序列總長約30Kb(不同毒株,長度略有不同)。由于新冠病毒一直在不斷變異進化,世衛(wèi)組織根據(jù)病毒株發(fā)現(xiàn)時間的先后順序,依次使用希臘字母對其命名。如:Alpha(α)、Beta(β)、Gamma(γ)、Delta(δ)、Lambda(λ)等,目前,Delta和Lambda為主流毒株。

圖2 新冠病毒進化演變
(數(shù)據(jù)來源:https://nextstrain.org/ncov/gisaid/global)
至今,全球公開的新冠病毒序列已經(jīng)超過87萬條,當疫情爆發(fā),第一時間破解病毒全基因組序列,持續(xù)監(jiān)測毒株變異,明確毒株分型,對鎖定傳染源、控制傳播途徑和疫苗研發(fā)等都至關重要。
目前,市面上多家公司推出了基于多重PCR擴增獲得新冠病毒基因組全長序列的檢測試劑盒產(chǎn)品,我們挑選了其中5款使用GenoLab M高通量基因測序平臺對其檢測性能進行評估。
本次測試采用Synthetic SARS-CoV-2 RNA質(zhì)控品(Twist,貨號104533)作為模擬樣本,分組如下:
RNA組:梯度稀釋的Synthetic SARS-CoV-2 RNA質(zhì)控品;
RNA拭子組:梯度稀釋的Synthetic SARS-CoV-2 RNA質(zhì)控品加入咽拭子人源RNA。
我們對Ct值17-38的RNA組及RNA拭子組樣本進行測序與數(shù)據(jù)分析以評估各試劑盒的檢測靈敏度和陽性預測值。

表1?測試總方案
注:采用C試劑盒對模擬樣本進行多重PCR完成目標區(qū)域的捕獲,其捕獲產(chǎn)物分別搭配了兩種不同品牌的轉(zhuǎn)座酶快速建庫試劑盒(C-1、C-2)來完成建庫
本次測試中主要包含了兩種不同的技術路線:
多重PCR捕獲+PCR建庫:采用一輪多重PCR來完成目標區(qū)域的捕獲,其捕獲產(chǎn)物通過第二輪的PCR擴增加上測序接頭來完成文庫構建(A、B試劑盒,見表1);
多重PCR捕獲+酶切建庫:采用一輪多重PCR來完成目標區(qū)域的捕獲,其捕獲產(chǎn)物通過轉(zhuǎn)座法或酶切連接法來完成文庫的構建(C-1、C-2、GM-LDT試劑盒,見表1)。

圖3?技術路線
對不同試劑盒的RNA組樣本及RNA 拭子組樣本(Ct值17-38)的GenoLab M平臺測序結果進行測序質(zhì)量、基因組覆蓋度、100×覆蓋度比例等參數(shù)的分析對比,根據(jù)“100×覆蓋度比例≥90%”確定本次測試的檢測限。
結果表明:
A試劑盒的兩組模擬樣本的檢測限均為Ct 34.25;
B試劑盒的RNA組樣本的檢測結果均未能滿足100×覆蓋度比例≥90%,RNA拭子組樣本的檢測限為Ct 28.07;
C-1試劑盒RNA組檢測限為Ct 30.28,RNA拭子組檢測限為Ct 28.43;
C-2試劑盒RNA組檢測限為Ct 32.81,RNA拭子組檢測限為Ct 29.46;
GM-LDT試劑盒RNA組檢測為Ct 33.88,RNA拭子組檢測限為Ct 35.93。

注:RNA拭子組中Ct 34.25樣本的比對率為54.98%,其中98.08%的unmapped reads比對到人的參考序列上




表2 Genolab M測序數(shù)據(jù)分析
注:在計算基因組覆蓋度及100×覆蓋度比例時,由于Synthetic SARS-CoV-2 RNA質(zhì)控品是由6個RNA片段組成(斷點位置:5K、10K、15K、20K、25K),斷點區(qū)域的擴增效果差,因此導致覆蓋度比例會相應降低
通過以上對比可知,A、C-1、C-2、GM-LDT 試劑盒在低病毒載量樣本(~Ct 30)中均能較好的滿足“100×覆蓋度比例≥90%”。當存在人源RNA干擾時,B試劑盒RNA組與RNA拭子組樣本測試數(shù)據(jù)差異較大,可能人源RNA的存在對其試劑盒的性能有較大的影響。C-1試劑盒與C-2試劑盒的性能相當。
綜合比較各試劑盒RNA組和RNA拭子組Ct值的中值[1]和檢測限值(Ct值26.5-35.93)測試數(shù)據(jù)的基因組覆蓋均一性,如下圖所示,C-1、C-2、GM-LDT 試劑盒的基因組覆蓋均一性優(yōu)于A試劑盒和B試劑盒。


圖4 基因組覆蓋均一性
如下表所示,A、C-1、C-2、GM-LDT試劑盒在中值組中的檢測靈敏度與陽性預測值均大于90%,在檢測限組,除A試劑盒外,C-1、C-2、GM-LDT 試劑盒的檢測靈敏度與陽性預測值均大于90%。相比之下,B試劑盒的檢測靈敏度與陽性預測值相對較差。

表3?靈敏度與陽性預測值
注:Synthetic SARS-CoV-2 RNA質(zhì)控品中含有30個陽性位點
基于A、B、C-1、C-2、GM-LDT 試劑盒的測序數(shù)據(jù)構建進化樹。結果如下圖所示,幾款試劑盒檢測的結果與Synthetic SARS-CoV-2 RNA質(zhì)控品能準確的聚類到一個分支,且C和GM-LDT結果與質(zhì)控品距離最近。
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綜合比較A、B、C-1、C-2、GM-LDT 試劑盒的檢測限值數(shù)據(jù),其結果詳情如下:

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