新工具能够快速分析冠状病毒序列和变体跟踪

Covid-19 Pandemic在前所未有的规模上刺激了病毒的基因组监测，因为世界各地的科学家使用基因组测序来跟踪SARS-COV-2病毒的新变种的传播。病毒基因组序列的快速积累呈现了追踪全球和局部传输动态的新机会，但分析了如此多的基因组数据是具有挑战性的。

“现在有超过一百万基因组SARS-COV-2的序列。在UC Santa Cruz的生物分子工程助理教授Russ Corbett-Detig说，没有人预计该数字。“

冠状病毒基因组序列的绝对数量和它们的快速积累使得很难在一个“家谱“展示它们是如何相关的。但是Corbett-Detig在UC Santa Cruz基因组学研究所的组开发了一种以前所未有的速度为此开发了这种方法。称为Ultrafast样品放置在现有的树上（esher），这种强大的工具描述于5月10日发布的纸张自然遗传学。

Esher通过将其添加到现有的系统发育树，鉴定了一种家谱，如家谱，如家谱所示，鉴定了用户新测序的病毒基因组和所有已知的SARS-COV-2病毒基因组之间的关系，这些树形图累积了病毒在不同谱系中的进化突变。

“我们能够保持120多万个冠状病毒序列的全面系统发育树，并实时更新新序列。没有任何其他工具能够像这样高效地处理如此规模的树木。”基因组研究所博士后Yatish Turakhia说。“这有助于我们跟踪所有流通中的变体，包括正在出现的新变体。”

这种序列分析可用于发现病毒的新菌株，因为它们出现并跟踪其演化和传输动态。它还可以用于识别冠状病毒感染的个体病例之间的链接，并追踪透射链，一种称为基因组接触跟踪的方法。

“挑战是让结果不足以使公共卫生机构可以用来试图控制爆发的有意义的预测，”纸张的相应作者Corbett-Detig说。“我们的方法比其他任何东西更快的数量级，将新样本置于第十次。”

通过UCSC SARS-COV-2基因组浏览器提供了亚瑟和相关的数据可视化工具，该工具还可通过UCSC SARS-COV-2基因组浏览器提供广泛的数据以及来自病毒的持续科学研究的结果，包括特别关注的新变种。

“我们的浏览器是在病毒中出现的突变的最全面的信息资源，以及他们对我们的战斗意味着什么，”Coauthor David Haussler，生物分子工程教授和基因组学院主任。“感谢Russ的团队，它包括世界上最综合的病毒谱系的系统发育树，并且该树每周都会继续增长，尽快随着新数据而快速增长。”

像所有病毒一样，SARS-COV-2获得突变，因为它复制和传播。这些随机变化中的大多数基因组序列对病毒的行为没有影响，但研究人员仍然可以使用它们来识别病毒的不同变体或毒株，看看它们是如何关联的，并确定两个样本是否属于同一传播链的一部分。

科学家们已经确认了几个重要的突变，这些突变似乎使病毒更具传染性。带有这些突变的SARS-CoV-2变异比其他变异传播得更快。合著者Angie Hinrichs, UCSC基因组浏览器工程师，利用UShER确定了其中一种被称为B.1.1.7的变异，是通过几个独立的引进进入美国的。它现在是美国的主要毒株。

图拉希亚说，他已经开始使用UShER研究在印度出现的一种新变种，这种变种似乎正在迅速蔓延。这种被称为B.1.617的病毒系有两种可能引起科学家关注的突变。“我们还不知道它有多令人担忧，但追踪它很重要，”他说。

Corbett-Detig说，病毒基因组学可以揭示传统接触追踪无法发现的传播链。这种方法可以帮助确定超级传播者事件，即一个人将病毒传播给许多其他人，它还可以表明来自同一地点的两个病例实际上是不相关的感染，而不是同一传播链的一部分，因为病毒序列相差太多。

“这是一种可能是有价值的方法，所以我们正在建立工具，让人们实时这样做，”他说。“如果您想知道谁将病毒传送给谁，或者世界上的新样本可能来自，您需要从您的社区中获取样本并将其投影到已知的内容系统发育树在所有其他SARS-COV-2基因组序列中，传统的系统发育方法不能在合理的时间内完成这一点。“

这是因为传统方法在每次添加新序列时都要重新计算整个树，这在有数十万个序列的情况下非常耗时。UShER将样本几乎立即放置到一个现有的全局系统发育中，并且为添加的样本及其最近的邻居提供一个局部子树，这样它们的关系就可以被可视化和详细检查。

研究人员表明，迎来性在97％的病例中找到了正确的安置。在其他3％中，错误的放置非常接近真正的网站，并且仍然可用于接触跟踪。esher也可以用于质量控制快速识别和去除可能包含测序误差的低质量序列。在Nettregtrain平台上可以在邻近的互动性可视化的平台上进行可视化和探索亚瑟的结果树以及如何映射病毒正在蔓延。

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