Method Article
لقد سبق لنا التحقق من صحة بروتوكول لتسلسل فيروس أوسوتو الجينومي الكامل القائم على amplicon (USUV) على منصة تسلسل النانوبور. هنا ، ونحن وصف الأساليب المستخدمة بمزيد من التفصيل وتحديد معدل الخطأ من نانوبور R10 تدفق الخلية.
ويمكن استخدام تسلسل الجينوم بأكمله لتوصيف وتتبع الفاشيات الفيروسية. وقد وصفت بروتوكولات تسلسل الجينوم كله القائم على نانوبور لعدة فيروسات مختلفة. وتستخدم هذه النهج نهجاً متداخلاً قائماً على التضخيم يمكن استخدامه لاستهداف فيروس معين أو مجموعة من الفيروسات ذات الصلة وراثياً. وبالإضافة إلى تأكيد وجود الفيروس، يمكن استخدام التسلسل في دراسات علم الأوبئة الجينومية، لتتبع الفيروسات وكشف مصادرها وخزاناتها وطرق انتقالها. بالنسبة لمثل هذه التطبيقات ، من الأهمية بمكان فهم الآثار المحتملة لمعدل الخطأ المرتبط بالمنصة المستخدمة. يتطلب التطبيق الروتيني في البيئات السريرية والصحية العامة أن يتم توثيق ذلك مع كل تغيير مهم في البروتوكول. في السابق ، تم التحقق من صحة بروتوكول تسلسل فيروس Usutu الجينومي الكامل على منصة تسلسل البوبور النانوي (R9.4 flowcell) عن طريق المقارنة المباشرة لتسلسل Illumina. هنا، نصف الطريقة المستخدمة لتحديد تغطية القراءة المطلوبة، باستخدام المقارنة بين خلية تدفق R10 وتسلسل Illumina كمثال.
التطورات السريعة في تقنيات تسلسل الجيل الثالث تسمح لنا بالمضي قدما نحو ما يقرب من التسلسل في الوقت الحقيقي خلال الفاشيات الفيروسية. ويمكن أن يكون توافر المعلومات الجينية في الوقت المناسب مفيداً لتحديد منشأ وتطور مسببات الأمراض الفيروسية. معايير الذهب في مجالات تسلسل الجيل القادم ومع ذلك، لا تزال التسلسل الجيل الثاني. تعتمد هذه التقنيات على تقنيات محددة وتستغرق وقتًا طويلاً مثل التضخيم الكلوني أثناء التضخيم المستحلبي أو تضخيم جسر الكُون. والمنظمون من الجيل الثالث أرخص ومحمولين باليد ومزودين بمنهجيات مبسطة لإعداد المكتبة. خاصة صغر حجم جهاز التسلسل وانخفاض سعر الشراء يجعلها مرشحًا مثيرًا للانتشار والتسلسل القابل للتشغيل. ويمكن ملاحظة ذلك على سبيل المثال أثناء تفشي فيروس الإيبولا في سيراليون وأثناء التحقيقات الجارية في فاشية فيروس الأربوفيروس في البرازيل1و22و3.3 ومع ذلك، قد يحد معدل الخطأ المرتفع4 المبلغ عنه من التطبيقات التي يمكن استخدام تسلسل البوبور النانوي لها.
تسلسل نانوبور يتطور بسرعة. تتوفر منتجات جديدة في السوق على أساس منتظم. ومن الأمثلة على ذلك على سبيل المثال مجموعات التربيعية 1D التي تمكن تسلسل كل من فروع جزيء الحمض النووي، وبالتالي تعزيز دقة القواعد يسمى5 وتطوير خلية تدفق R10 الذي يقيس التغيير في التيار في حالتين مختلفتين في المسام6. وبالإضافة إلى ذلك ، وتحسين الأدوات الحيوية المعلوماتية مثل التحسينات في basecalling سوف تحسن دقة basecalling7. تم تحديث أحد أكثر الحلقات المستخدمة في القاعدة (على سبيل المثال، Albacore)، 12 مرة على الأقل في فترة زمنية مدتها 9 أشهر5. في الآونة الأخيرة ، أصدرت الشركة المصنعة أيضا basecaller رواية تسمى الوجه بالتخبط ، والتي يتم تنفيذها في برنامج nanopore الافتراضي8. معا، كل هذه التحسينات سوف تؤدي إلى تسلسل أكثر دقة وسوف تقلل من معدل الخطأ من المنظم nanopore.
فيروس أوستو (USUV) هو فيروس arboفيروس البعوض التي تحملها الأسرة فلافيريداي ولها الجينوم الحمض النووي المعيلة إيجابية من حوالي 11،000 النيوكليوتيدات. USUV يؤثر أساسا البوم الرمادي العظيم والطيور السوداء9،10، على الرغم من أن أنواع الطيور الأخرى هي أيضا عرضة للعدوى USUV11. في الآونة الأخيرة ، تم تحديد USUV أيضًا في القوارض والزبابة على الرغم من أن دورها المحتمل في انتقال الفيروس لا يزال غير معروف12. في البشر ، تم وصف العدوى بدون أعراض في المتبرعين بالدم13،14،15،16 في حين تم الإبلاغ عن عدوى USUV أيضًا لتكون مرتبطة بالتهاب الدماغ أو التهاب الدماغ السحالي17،18. في هولندا ، تم اكتشاف USUV لأول مرة في الطيور البرية في عام 201610 وفي المتبرعين بالدم بدون أعراض في عام 201814. ومنذ الكشف الأولي عن فيروس الأربيوتي، أُبلغ عن فاشيات خلال السنوات اللاحقة، ولا تزال الترصد، بما في ذلك تسلسل الجينوم بأكمله، جارياً لرصد ظهور فيروس arbovirus وانتشاره بين السكان الذين كانوا ساذجين في السابق.
على غرار ما تم وصفه للفيروسات الأخرى، مثل فيروس الإيبولا،3فيروس زيكا وفيروس الحمى الصفراء3،19،,20،وضعنا التمهيدي مجموعة لتسلسل طول كامل USUV21. يسمح هذا النهج القائم على تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) باسترداد جينوم USUV كامل الطول من أنواع العينات الملوثة بشدة بالمضيف مثل عينات الدماغ في عينات تصل إلى قيمة Ct تبلغ حوالي 32. فوائد نهج التسلسل القائم على amplicon هي حساسية أعلى مقارنة بالتسلسل الجيني وخصوصية أعلى. القيود المفروضة على استخدام نهج قائم على amplicon هي أن تسلسل ينبغي أن تكون مماثلة من أجل تصميم التمهيديات المناسب لجميع السلالات وأن التمهيديات مصممة على معرفتنا الحالية حول تنوع الفيروس.
وبالنظر إلى التطورات والتحسينات المستمرة في تسلسل الجيل الثالث، هناك حاجة إلى تقييم معدل الخطأ في المنظم على أساس منتظم. هنا ، ونحن نصف طريقة لتقييم أداء نانوبور مباشرة ضد تسلسل Illumina باستخدام USUV كمثال. يتم تطبيق هذا الأسلوب على التسلسلات التي تم إنشاؤها باستخدام أحدث خلية تدفق R10 ويتم تنفيذ الاستدعاء الأساسي مع أحدث إصدار من basecaller الوجه بالتخبط.
ملاحظة: قائمة أدوات البرامج التي سيتم استخدامها: usearch v11.0.667; العضلات v3.8.1551; porechop 0.2.4؛ cutadapt 2.5؛ minimap2 2.16-r922; samtools 1.9؛ trimmomatic 0.39؛ bbmap 38.33; البستوني v3.13.1; كمة-1.2.8
1. تصميم التمهيدي
2. PCR متعددة
3. تحليل البيانات لتوليد تسلسل الإجماع من البيانات نانوبور
4 - تحليل بيانات إيلومينا
5. تحديد التغطية القراءة المطلوبة للتعويض عن ملف تعريف الخطأ في تسلسل nanopore باستخدام بيانات Illumina كمعيار ذهبي
في الآونة الأخيرة ، تم إصدار نسخة جديدة من إصدار خلية التدفق (R10) وقدمت تحسينات على basecaller المستخدمة لتحويل الإشارة الحالية الإلكترونية إلى تسلسل الحمض النووي (ما يسمى بـ flip-flop basecaller). ولذلك، لدينا إعادة تسلسل USUV من أنسجة الدماغ من البومة USUV إيجابية التي كانت متسلسلة سابقا على خلية تدفق R9.4 وعلى صك Illumina Miseq21. هنا ، وصفنا الطريقة المستخدمة لتحديد التغطية القراءة المطلوبة لتوافق الآراء الموثوق به الدعوة عن طريق المقارنة المباشرة لتسلسل Illumina.
باستخدام أحدث خلية تدفق في تركيبة مع basecaller الوجه بالتخبط نظهر أن قراءة التغطية من 40x النتائج في نتائج متطابقة بالمقارنة مع تسلسل Illumina. قراءة التغطية من نتائج 30x في معدل خطأ من 0.0002 ٪ الذي يقابل خطأ واحد في كل 585000 النيوكليوتيدات تسلسل ، في حين أن قراءة التغطية من نتائج 20x في خطأ واحد في كل 63529 النيوكليوتيدات تسلسل. وقراءة تغطية 10x النتائج في خطأ واحد في كل 3312 النيوكليوتيدات تسلسل، وهذا يعني أن أكثر من ثلاثة النيوكليوتيدات لكل الجينوم USUV الكامل يجري يسمى خطأ. مع تغطية القراءة فوق 30x، لم يلاحظ indels. وأسفرت تغطية قراءة 20x في الكشف عن موقف واحد indel في حين أن تغطية قراءة 10x أدى إلى indels في 29 وظيفة. يتم عرض نظرة عامة على معدل الخطأ باستخدام مختلف الأجزاء المقطوعة من التغطية المقروءة في الجدول 1.
تغطيه | تكرار الأخطاء 1 | تكرار معدل الخطأ 1 | إندلز: | تكرار الأخطاء 2 | تكرار معدل الخطأ 2 | إندلز: | تكرار الأخطاء 3 | تكرار معدل الخطأ 3 | إندلز: |
10× | 100 | 0.0274% | 4 | 116 | 0.0297% | 18 | 110 | 0.0282% | 7 |
20× | 4 | 0.0010% | 0 | 6 | 0.0015% | 1 | 7 | 0.0018% | 0 |
30x | 2 | 0.0005% | 0 | 0 | 0.0000% | 0 | 0 | 0.0000% | 0 |
40x | 0 | 0.0000% | 0 | 0 | 0.0000% | 0 | 0 | 0.0000% | 0 |
50× | 0 | 0.0000% | 0 | 0 | 0.0000% | 0 | 0 | 0.0000% | 0 |
الجدول 1: نظرة عامة على معدل الخطأ في تسلسل البوبور النانوي. يمثل كل تكرار ألف عينة عشوائية.
الملف التكميلي 1: اختيار عشوائي. الرجاء الضغط هنا لعرض هذا الملف (انقر على اليمين للتحميل).
إن تسلسل النانوبور يتطور باستمرار، وبالتالي هناك حاجة إلى طرق لمراقبة معدل الخطأ. هنا ، ونحن وصف سير العمل لرصد معدل الخطأ من المنظم nanopore. يمكن أن يكون هذا مفيداً بعد إصدار خلية تدفق جديدة، أو إذا تم إصدار إصدارات جديدة من الاستدعاء الأساسي. ومع ذلك، يمكن أن يكون هذا مفيداً أيضاً للمستخدمين الذين يرغبون في إعداد بروتوكول التسلسل الخاص بهم والتحقق من صحته.
يمكن أن تسفر البرمجيات المختلفة وأدوات المحاذاة نتائج مختلفة33. في هذه المخطوطة، كنا نُمَدّر إلى استخدام حزم البرمجيات المتاحة مجاناً والتي يشيع استخدامها، والتي تحتوي على وثائق واضحة. وفي بعض الحالات، قد تعطى الأفضلية للأدوات التجارية، التي لها عموما واجهات أكثر سهولة في الاستخدام ولكن يتعين دفع ثمنها. في المستقبل ، يمكن تطبيق هذه الطريقة على نفس العينة في حالة إدخال تعديلات كبيرة في تكنولوجيا التسلسل أو برنامج basecalling بشكل تفضيلي ، وينبغي أن يتم ذلك بعد كل تحديث للbasecaller أو flowcell ، ولكن بالنظر إلى سرعة التطورات الحالية يمكن أيضًا القيام بذلك فقط بعد التحديثات الرئيسية.
يسمح التخفيض في معدل الخطأ في التسلسل بعدد أكبر من العينات أن يكون متعدد. وبالتالي ، فإن تسلسل النانو يقترب من استبدال وحدات الـ PCRs التقليدية في الوقت الحقيقي للاختبارات التشخيصية ، وهو الحال بالفعل لتشخيص فيروس الأنفلونزا. وبالإضافة إلى ذلك، فإن تخفيض معدل الخطأ يزيد من إمكانية استخدام تسلسل هذه التقنية، على سبيل المثال لتحديد المتغيرات الطفيفة والتسلسل الجيني غير الجيني غير المتحيز عالي الإنتاجية.
وتتمثل خطوة حاسمة في البروتوكول في ضرورة توافر تسلسلات مرجعية وثيقة وموثوقة. وتستند الكبيات على المعرفة الحالية حول تنوع الفيروسات وقد تحتاج إلى تحديث كل مرة واحدة في حين. نقطة حرجة أخرى عند وضع نهج تسلسل الأمبيريون القائم هو تحقيق التوازن بين تركيز التمهيدي للحصول على توازن متكافئ في عمق amplicon. وهذا يتيح تعدد العينات على تشغيل تسلسل ويؤدي إلى تخفيض كبير في التكلفة.
وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.
وقد تلقى هذا العمل تمويلاً من برنامج الاتحاد الأوروبي للبحث والابتكار في أفق 2020 بموجب اتفاق المنحة رقم 643476 (COMPARE).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agencourt AMPure XP beads | Beckman Coulter | A63881 | |
dNTPs | Qiagen | 201900 | |
FLO-MIN106 R10 flowcell | Nanopore | R10 flowcell | |
KAPA Hyperplus libarary preparation kit | Roche | 7962436001 | |
Library Loading Bead Kit | Nanopore | EXP-LLB001 | |
Ligation Sequencing Kit 1D | Nanopore | SQK-LSK109 | |
Native Barcoding Kit 1D 1-12 | Nanopore | EXP-NBD103 | |
Native Barcoding Kit 1D 13-24 | Nanopore | EXP-NBD104 | |
NEB Blunt/TA Ligase Master Mix | NEB | M0367S | |
NEB Next Quick Ligation Module | NEB | E6056 | |
NEB Next Ultra II End Repair / dA-Tailing Module | NEB | E7546S | |
Protoscript II Reverse Transcriptase | NEB | M0368X | |
Q5 High-Fidelity polymerase | NEB | M0491 | |
Qubit dsDNA HS Assay kit | Thermo Fisher | Q32851 | |
Random Primers | Promega | C1181 | |
RNAsin Ribonuclease Inhibitor | Promega | N2111 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved