近日，在第十六届国际基因组学大会（ICG-16）, 华大智造与中国疾病预防控制中心传染病预防控制所（以下简称中疾控传染病所）联合公开了一项科研攻关项目的最新成果——多时点测序数据输出及序列分析（简称BBS技术）。该项目基于华大智造DNBSEQ平台展开，针对高通量测序技术的数据输出过程进行了优化，能够在二代测序过程中实现多时点抽取数据进行分析，同时提前启动序列分析，使感染诊断和传染病疫情应对中，既能够提前获知目标序列、快速识别病原，又能够利用准确的序列信息进行精准溯源。
目前，该项技术已开展了第一阶段的测试和验证，结果表明：这一技术改变了既往二代测序时需要测序完成后才获取序列进行分析的模式，测序过程中分时点进行测序数据输出及分析，可在公共卫生防控中更及时响应病原微生物快速鉴定及精准溯源。该技术将率先在MGISEQ-200上应用，并将作为创新技术支持我国公共卫生体系中的病原微生物基因组学分析。
在人类与流行病的著名抗争史上，由细菌、病毒、真菌、寄生虫等引发过很多对人类健康和社会发展造成很大损失的疫病，如鼠疫、霍乱、大流感等，尤其是今天仍在全球肆虐的新型冠状病毒肺炎。面对突发状况，如何在第一时间辨明病因、识别病源，需要引入先进的测序技术。
目前常规的二代测序技术准确性非常高，但不能实时输出数据，往往需要在所有测序流程完成后，才会启动数据分析得到测序结果，这种方法限制了我们对未知病原进行快速鉴别的“时效性”。
因此，在2020年底，由中疾控传染病所基于应用实践提出了对BBS测序模式的需求、并与华大智造联合潜心攻关，依托DNBSEQ平台展开了BBS技术的科研工作，拟通过在多个时间节点设置数据输出并启动分析的功能，从而实现边测序边分析，分阶段完成对样本的快速识别、精准鉴定和分型溯源。
这一技术应用前景广泛，有望助力更高效的群体疾控和个体临床检测。一方面，在传染性疾病的暴发初期，未知病原的检出速度往往决定着关键性防治防控决策意见的落地速度。另外一方面，对重症患者、疑似样本而言，时间即是生命。通过BBS技术可以在尽可能短的时间内快速识别并鉴定未知病原，又能同步实现精准溯源，这为疾病防控和临床治疗提供了更快速、更准确的决策依据，有助于“早发现，早决策，早干预”。
要保证测序数据的有效性，数据输出和分析的时间节点选择极为重要。利用前期测试数据，研究团队通过截取不同长度片段分析发现，40bp较更短读长片段有较大的特异reads比例提升，与SE100鉴定结果接近且耗时短。因此BBS技术选取了SE40作为第一个测序数据输出的关键时点，改变了高通量测序全部完成才能开始数据分析的现状。
此外，在常规DNBSEQ测序中，一般是先读取待测序列，然后再读取Barcode序列，最后统一进行数据输出分析。研究团队对DNBSEQ测序数据的读取顺序进行了优化：通过对生化试剂、控制软件、算法和生信分析等多方面的调整，实现了在BBS测序中先读取Barcode序列，再进行待测样本序列测序。通过Barcode序列读取前置，这一测序过程各节点输出的数据均可以得到有效拆分，实现多时点输出数据，并提前展开序列分析。BBS技术让测序过程中的数据输出更加灵活。
据介绍，利用BBS技术进行感染病原识别可分为以下三个步骤：
基于MGISEQ-200测序仪，启动BBS测序程序，选择SE40作为第一个输出数据的时间点。在上机开始后，仅需5-6小时即可获得第一批数据，可对样本进行快速识别，分辨样本中的微生物种属组成。
在第一次数据输出后，BBS测序程序继续进行，并在SE100时间点，输出第二批数据，同时自动触发分析。也就是说，在测序开始的第11-13个小时内，实验人员就可以获得第二批分析结果，辅助完成对未知病原的精准鉴定。
在测序完成PE100读长时，全部的测序数据下机进行分析。通过序列拼接组装，可以完成对样品中的病原体特征性基因的筛查及分型溯源分析，提供耐药、毒力、血清型分型等特征信息。
BBS技术验证数据稳定准确，在公共卫生和临床领域极具应用潜力
目前，基于迫切的传染病防控需求和强有力的理论基础，在已完成的样本测试中表明：BBS技术分时点进行测序数据输出及分析，达到技术性能预期，可在公共卫生防控中更及时响应病原微生物的快速鉴定，并应用于精准溯源。
1. 单样本和多样本测试结果显示，BBS技术多时点下机数据稳定、Q30稳定、重复性好。
单样本多时点测序数据在SE40、SE100、PE100三种模式下，同份样本下机数据的质控指标值相近，变化幅度小。
多样本多时点测序数据改变了Barcode读取顺序后，评测发现Barcode前置后，各批次各节点的拆分率依旧很好，均可以高于95%以上。
通过计算三时点测序数据中排名前50位细菌的Bray-Curtis距离和Mantel检验，三时点细菌序列的检出一致性非常好，只有对于临床阴性的样本，测序中物种丰度相对分散，各时点一致性受限。
3.与临床分离培养结果相比，多时点数据输出分析方式快速有效鉴别样本中病原体，可提示常规分离培养。
4.快速的SE40与SE100产出分析后，继续进行PE100，可完成精准分型、比对溯源。
BBS技术应用前景广泛，助力群体疾控和个体临床检测
基于DNBSEQ平台的BBS技术可以一次性分多时点检测样本，在临床的应用前景广泛。该技术将率先在MGISEQ-200上应用，并将作为创新技术支持我国公共卫生体系中的病原微生物基因组学分析。
在传染性疾病的暴发初期，病原的检出速度往往决定着后期防治决策的推出。采用基于BBS的高通量宏基因组测序技术，可以快速实现病原的准确检出，实现精准溯源。为疾病防控提供更快速准确的决策依据，实现早发现，早决策，早干预。
对重症患者而言，时间即是生命。通过BBS技术在5-6小时内快速鉴定病原，可以对临床检验科分离培养给予指导，并初步得到耐药基因信息。当全部测序工作完成后（即21-24小时左右），可以进一步明确样本中的耐药基因，给临床医生调整用药给予提示，为挽救生命带来更多希望。
快速而精准，是对传染病病例诊断、突发疫情判断和处置的基本需求。个案病情和群体疫情瞬息万变，快速和精准的病原基因组测序结果有利于病例救治和疫情应对。抢出决策时间，是传染病防控“降两率”、挽救生命、赢得疫战的有力保障。
BBS技术可通过一次建库，一次上机，获取三套数据，递进分析，分步实现病原微生物的快速识别、准确鉴定、精准溯源，节省暴发疫情下的珍贵样本。同时，BBS技术无需等到测序结束，提早输出数据，提早启动序列分析，实现对感染病原体的快速鉴定，反应更高效，更有助于疾病早发现、早决策、早干预！
*该成果目前仅供科研使用，不用于临床诊断。
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