高通量测序技术应用于野生动物粪便中病毒的发现与分析

来源 :湖南师范大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:chaohushixi
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随着现代生命科学研究与生物学技术的快速发展,新病毒及一些熟知病毒的新型别不断发现。Anthony等研究人员估计,哺乳动物中极有可能潜伏着超过32万种人类未知的病毒。这些发现的许多新发与再发病毒均对人类健康存在着极大的威胁,也存在着非常严重的社会公共卫生安全隐患,如埃博拉病毒、丙型肝炎病毒、艾滋病毒、SARS病毒等。因此,发现并鉴定新病毒与其疾病相关性对预防、诊断和治疗新发病毒性传染病具有重大意义。传统意义上有很多用于发现新病毒的方法,如病毒分离、核酸检验、血清学试验等,但它们都有一定的局限性。近年来基于高通量测序的病毒宏基因组学已经成为一种新技术,即直接以样品中所有病毒遗传物质作为研究对象,将PCR产物简单处理后直接进行测序,一次反应即可获得大量的核酸序列信息,从而快速鉴定出所有病毒的组成,其操作较简单、检测成本较低,具有较高的实用价值。热带、高原等特殊气候地理环境的某些重要野生动物,可携带和传播烈性病原体。西方国家对北美大草原旱獭(又称土拨鼠)的研究非常重视,并在旱獭中分离到引起脑炎的Powassan virus(POW)、狂犬病毒、土拨鼠肝炎病毒(包括乙肝病毒和丁肝病毒)等。但我国对这方面的研究开展较少,特别是对青海喜马拉雅野生旱獭携带的病毒谱的研究从未有过相关报道,因此,青海喜马拉雅旱獭粪便中的病毒谱研究,对于发现潜在的人类新发病毒性疾病具有重大的意义。本研究以野生旱獭的粪便标本作为研究对象,建立适用于Miseq高通量测序技术的粪便标本处理方法,通过对实验所得的测序序列采用生物信息学分析,研究野生旱獭粪便中的病毒谱,发现其中未知的新病毒。并进一步运用分子生物学、生物信息学等方法,研究新病毒的基因结构、分子流行病学等特点,初步了解新病毒感染人类以及其它动物的可能性。实验通过Miseq高通量测序,获得5 742 980条读长(Reads),去除未分类序列、细菌、噬菌体等无关序列后,10 074条序列注释为病毒,其中5836条可注释到30个不同的病毒科(包括细小病毒科中的细小病毒亚科和浓核病毒亚科),包括10种脊椎动物病毒(占52%)、6种昆虫病毒(占8.1%)、7种植物病毒(占12.6%)、其他病毒(占27.3%)。基因序列与遗传进化分析表明旱獭粪便标本中存在新型的甲肝病毒,对新型的甲肝病毒(WHAV)进行深入分析显示,该病毒基因组全长为7566 bp,编码一个长度为2252个氨基酸组成的完整多聚蛋白,该病毒与已知肝炎病毒属中的甲型肝炎病毒具有67%的氨基酸同源性。基因特点与进化分析显示,该病毒可能是小RNA病毒科肝炎病毒属的一个新的种。对该病毒5′UTR区的序列进行分子流行病学分析发现,在健康青海喜马拉雅旱獭粪便标本检出率为16.16%(16/99),而在当地人、羊、猪、牛、鸡血清中未检测出该病毒。本研究结果显示旱獭粪便中存在多种新病毒,表明旱獭病携带的病毒具有多样性,在传染病应对时具有一定的预警作用。
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