Пандемия коронавирусного заболевания 2019 года (COVID-19) вызвана тяжелым острым респираторным синдромом – коронавирусом-2 (SARS-CoV-2). Эта пандемия показала эффективность анализа данных секвенирования в реальном времени, связанных с широким спектром баз данных.

<img alt=" Исследование: мониторинг и анализ секвенирования нанопор SARS-CoV-2 в реальном времени с помощью minoTour. Кредит изображения: Design_Cells / Shutterstock "height =" 800 "src =" https://d2jx2rerrg6sh3.cloudfront.net/image-handler/picture/2021/9/shutterstock_1955952235-1.jpg "title =" Исследование: мониторинг в реальном времени и анализ секвенирования нанопор SARS-CoV-2 с помощью minoTour. Изображение предоставлено: Design_Cells / Shutterstock "width =" 1200 "/> Исследование: мониторинг и анализ секвенирования нанопор SARS-CoV-2 в реальном времени с помощью minoTour. Изображение предоставлено: Design_Cells / Shutterstock

Ученые предположили, что секвенирование в реальном времени может быть важным компонентом надзора за патогенами во время вспышек заболеваний. Во время этой пандемии были разработаны новые инструменты и улучшены существующие подходы для анализа данных о последовательностях на местном и международном уровнях. Ученые могут легко использовать портативные секвенаторы (например, секвенаторы, разработанные Oxford Nanopore) в полевых условиях, и, следовательно, образцы можно секвенировать где угодно. Эти инструменты могут описывать происхождение последовательности и быстро классифицировать их как варианты, вызывающие озабоченность (VoC), или варианты, находящиеся в стадии расследования (VuI).

Разработка и использование MinoTour для анализа последовательностей SARS-CoV-2

Исследование, опубликованное на препринте bioRxiv *, посвящено секвенсорам Oxford Nanopore Technologies (ONT), которые могут быстро предоставить данные о последовательности вируса SARS-CoV-2. Авторы этого исследования воспользовались тем фактом, что доступны различные библиотеки вирусного секвенирования, которые могут быстро предоставить соответствующие данные для большинства образцов. Исследователи полагают, что этот процесс можно ускорить, постепенно анализируя операции чтения по мере их создания.

Препринтная версия исследования доступна на сервере bioRxiv *, пока статья проходит рецензирование.

ONT включает в себя ряд секвенсоров, а именно MinION, GridION и Promethion, которые переводят секвенирование из фиксированного процесса в процесс реального времени. Эта функция уникальна для секвенсоров ONT, изученных авторами данного исследования. Ученые считают, что анализ данных может быть начат раньше, если секвенированные данные доступны сразу после того, как ДНК завершит перемещение поры. Это значительно сократит общее время, необходимое для ответа на конкретный вопрос, касающийся происхождения вируса или его классификации. Члены COVID-19 Genomics UK (COG-UK) сгенерировали тысячи консенсусных последовательностей SARS-CoV-2 с использованием секвенсоров ONT.

В этом исследовании исследователи использовали minoTour, систему анализа и мониторинга в реальном времени, чтобы оценить производительность каждого цикла секвенирования в системе. Для отдельных вирусных геномов ONT может предоставить больше данных, чем требуется. Следовательно, исследователи считают целесообразным прекратить секвенирование, как только будет получено достаточно данных для анализа. Выполнение более коротких последовательностей может сохранить работоспособность проточной кюветы, которую можно повторно использовать для других экспериментов и библиотек секвенирования. Это означает, что правильная реализация может снизить стоимость секвенирования образца. Таким образом, исследователи интегрировали эти свойства в minoTour.

Сеть ARTIC предоставляет полные протоколы для наилучшего информационного анализа SARS-CoV-2. Обычно конвейер ARTIC использует нанополос для анализа уровня сигнала данных нанопор во время вызова варианта. Тем не менее, он также предоставляет медаку в качестве альтернативы нанополишу. Medaka – это конвейер машинного обучения, которому нужны только данные FASTQ.

Поскольку данные об уровне сигнала недоступны в minoTour, исследователи включили рабочий процесс ARTIC medaka, который позволил в реальном времени производить согласованные геномы вместе с генерацией данных о последовательностях. Этот процесс уникален, и на сегодняшний день ни одна из аналитических веб-платформ не адаптировала возможности платформы нанопор в реальном времени и не связала их с упорядоченными данными для дальнейшего изучения.

Основным преимуществом minoTour является то, что он может предупреждать пользователя через Twitter API о том, что цикл секвенирования может быть прекращен, когда будет получено достаточно данных. Пользователи могут анализировать подробную разбивку и визуализацию текущего цикла секвенирования с помощью minoTours. Это поможет им принять обоснованное решение о завершении цикла. Этот шаг также можно автоматизировать; однако исследователи не реализовали это в своем исследовании, поскольку конкретные образцы могут быть важны для пользователей.

В этом исследовании исследователи проанализировали влияние ранней остановки цикла. Это было изучено путем сравнения консенсусных последовательностей для 454 образцов SARS-CoV-2, собранных как конвейерами medaka, так и nanopolish. Эти последовательности использовали для определения филогенетического присвоения клонов названной глобальной вспышки (PANGO), классификации вариантов и вызовов SNP для каждого образца в соответствующие моменты времени во время прогона последовательности. Исследователи отметили, что линии происхождения PANGO и назначения VoC / VuI были согласованы во всех 454 образцах, изученных с использованием нанополиш и медака.

Ученые заявили, что minoTour можно установить на одном ноутбуке или на компьютере, выполняющем последовательности действий. Последовательности также можно запускать в центральном концентраторе с одновременной загрузкой данных через несколько устройств. Однако устройство minIT / MK1C нельзя настроить для запуска minoTour, но пользователи могут загружать данные с помощью minFQ. Ученые спроектировали конвейер ARTIC в minoTour, чтобы любую схему праймеров, совместимую с ARTIC, можно было интегрировать и использовать для анализа.

Заключение

Это исследование показало, что minoTour можно расширить, включив в него анализ в реальном времени с использованием лучших доступных методов секвенирования SARS-CoV-2. Разработав алгоритм, исследователи смогли предсказать производительность цикла секвенирования и лучше определить, когда его прекратить. Такой подход не только экономит время, но и снижает стоимость секвенирования.

* Важное примечание

bioRxiv публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются и, следовательно, не должны рассматриваться как окончательные, руководящие клинической практикой / поведением, связанным со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.