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コロナウイルスシーケンス

コロナウイルス

シーケンスに基づくサーベイランスがCOVID-19との闘いに貢献

次世代シーケンサー(NGS)は、コロナウイルスの新規変異株などの病原体を、予備知識なしで効率的に偏りなく同定できます1。急速に広まっているコロナウイルスSARS-CoV-2の新規変異株(B.1.1.7[英国で確認]およびB1.351[南アフリカで確認])に対する懸念が高まり、変異の迅速な検出による新規変異株の拡散防止を可能にするさらなるシーケンスの必要性が明確に示されました。シーケンスは、感染拡大の初期の段階で、COVID-19を引き起こす新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)の同定に使用されました2。その後も、NGSにより、公衆衛生当局、ワクチンおよび医薬品の開発業者、研究者は重要なエビデンスを得ることができ、ラボでは以下のことができるようになっています。

  • 世界的なウイルスの感染経路の追跡
  • 変異の迅速な検出による新規変異株の拡散防止
  • PCRテストなど既存分子診断アッセイでは、検出を逃れる可能性のあるウイルス変異の同定
  • ワクチン効力に影響を及ぼす可能性のあるウイルス変異の同定
  • COVID-19治療薬候補のスクリーニング
  • 呼吸器の複数感染および抗菌薬耐性アレルの同定と特性解析
SARS-CoV-2の拡散および今後の変異の迅速な発見と制御
COVIDSeqは、SARS-CoV-2ウイルスの変異を検出し、新規変異株の拡散を防ぐための重要な情報をもたらします。

コロナウイルスのNGSの比較

 新規ウイルスの検出SARS-CoV-2のサーベイランス呼吸器病原体の検出およびサーベイランス
検査ニーズショットガンメタゲノミクスアンプリコン
Illumina COVIDSeqテスト(RUO製品)
ターゲット濃縮
スピードおよびターンアラウンドタイム   
拡張性およびコスト効率   
新規病原体の同定   
感染の追跡   
変異の検出   
複数感染および複雑な疾患の同定   
抗菌薬耐性の検出   

臨床検査ニーズに十分に対応

臨床検査ニーズの一部に対応

コロナウイルスシーケンスの詳細

ショットガンメタゲノミクス

特定のサンプル中に存在する微生物すべてのシーケンスを包括的に行い、コロナウイルスなどの新規病原体を同定します。このNGSは、感染拡大の調査を加速させて、新たな臨床検査の開発をサポートします。

ターゲット濃縮シーケンス

コロナウイルス、インフルエンザウイルスなどの呼吸器病原微生物に加え、関連する抗菌薬耐性アレルを検出し、特性を解析します。こうした情報は、研究者による呼吸器感染症のモニタリングと感染症制御戦略の最適化に役立ちます。この方法では、ターゲット特異的プローブへのハイブリダイゼーションにより目的のゲノム領域をキャプチャーします。

アンプリコンシーケンス

ウイルスゲノムの特異的領域のシーケンスにより、コロナウイルスSARS-CoV-2が存在することを検出します。この方法では、PCRアンプリコンのウルトラディープシーケンスを行って、目的のゲノム領域を解析します。

Frequently Purchased Together

COVID-19 NGSウェビナー

SARS-CoV-2の臨床メタゲノミクス解析

COVID-19のパンデミックにより、SARS-CoV-2のような新興病原体の検出およびモニタリングのためのツールの必要性が明確に示されました。次世代シーケンスはコロナウイルスの初期の検出を可能にし、検査およびワクチンの開発を加速しています。

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NGSによるSARS-CoV-2の検出およびサーベイランス

新型コロナウイルスの初期の検出および特性解析から、モニタリング、サーベイランス、診断検出まで、COVID-19のパンデミックに対応する次世代シーケンスの幅広い適用範囲の詳細をご覧ください。

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コロナウイルスのグローバルサーベイランスにおけるゲノミクスの役割

元米国FDA長官のスコット・ゴットリーブ医師が、COVID-19サーベイランスにおけるゲノミクスおよびシーケンステクノロジーの役割と利点について説明します。

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コロナウイルスシーケンスのアプリケーションノート

呼吸器病原体および抗菌薬耐性の検出

迅速ターゲット濃縮シーケンスにより、呼吸器病原体(SARS-CoV-2、インフルエンザウイルス、真菌など)および関連する抗菌薬耐性アレルを幅広く検出します。

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Illumina RNA Prep with Enrichmentによる呼吸器系ウイルスの検出および特性解析

迅速ターゲット濃縮シーケンスワークフローにより、コロナウイルス、インフルエンザウイルスなどの呼吸器系ウイルスを高感度で検出し、特性を解析します。

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Illumina MiniSeqシステムによる呼吸器系ウイルスの迅速検出

MiniSeq Rapid試薬によりシーケンスのランタイムが5時間未満に短縮され、コロナウイルスや他の呼吸器系ウイルスを迅速に検出できます。

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コロナウイルス関連ソフトウェアツール
これらのツールにより、コロナウイルスのシーケンスデータ解析の加速化、サンプル追跡の簡略化、宿主応答研究の促進が可能となり、サイエンティストによる公共データベースへの情報提供の容易になります。

よくある質問(FAQ)

基本的に、診断検査は臨床医が患者を診るうえで有用で、サーベイランスは感染集団の把握に必要です。

診断検査は、個々の患者に重要なイエス/ノーの答えを提供し、適切な体制を提供できるようにします。

サーベイランスは、公衆衛生当局が疫学的経路を追跡し、感染経路を理解し、接触者追跡を実施し、ウイルスの進化の速度を予測し、ウイルスが診断や治療の効果に影響を与えるように変化しているかどうかを理解するのに役立ちます。

NGSは、患者サンプルに含まれる新規病原体を予備知識なしで偏りなく検出することができます。

感染症検出における重要課題は、ヒトにおいて呼吸器疾患や消化器疾患などの原因となるウイルスを含めた微生物の多くはまだ研究も特性解析もされておらず、PCRのようなターゲットアプローチでは分からない、または検出されないということです。PCRアッセイの開発には、病原体のゲノム情報が必要です。NGSはこれらの未知の新規病原体の発見において重要な役割を果たしており、得られたゲノム配列は臨床医の患者管理に有用なPCRなどのルーチン検査の開発に使用することができます。

NGSを病原体ゲノムの進化を追跡するのに使用して、公衆衛生当局が感染の広がりをモニタリングし、集団レベルで最適な隔離計画を判断するのに役立てることができます。経時的に複数の患者からのウイルスをシーケンスすることで、ウイルス進化速度を測定し、ウイルスの変化が病原性ならびに診断有効性や治療有効性に影響を及ぼしているのかどうかを把握することができます。PCRは、病原体ゲノムの特定領域が存在しているかどうかを検出するためのものであり、急速に進化する病原体ゲノム全体の新しい変異を同定することはできません。さらに、変異がプライマーやプローブの結合領域で発生するとPCR性能は低下します。

疫学者は、NGSを活用して世界中の患者サンプルのウイルスゲノムにおける変異を調べ、この情報を使用して患者間の感染経路を示す遺伝系統樹(あるいは地図)を作成することができます。病原体の遺伝的類似性によるクラスターは、同一の感染の鎖にいる患者に属しています。これらの感染の鎖により、公衆衛生当局は病原体の発生源を迅速に同定し、流行経路を追跡し、感染経路を把握し、適切な封じ込め対策を周知することができます。

ショットガンメタゲノミクスワークフローでは、新規の種と既知の種、どちらも検出が可能です。未知の病原体の感染拡大に直面した際には複数の分子診断検査が使用されることが多く、それが病原体同定における不要なコストと遅延をもたらしています。ショットガンメタゲノミクスは、病原体の同定と特性解析のための包括的なスクリーニング検査として単体で使用できます。この研究ワークフローは、感染拡大調査を加速する役に立ち、大規模スクリーニングの取り組みのための新しい臨床検査の開発をサポートします。

SARS-CoV-2などの病原体が同定されると、ターゲット濃縮ワークフローは、ウイルス検出に必要な高い感度を発揮し、疫学や進化の情報をもたらします。こうした情報は、隔離の緩和と通常の活動の再開を容認できる時期のモニタリングなどの感染症制御戦略の最適化や、ワクチン開発に役立ちます。

イルミナのシーケンサーを用いたこれらの補完的なワークフローは、従来の検査法と併せて実施することができ、包括的な感染拡大対応モデルに組み入れることができます。

Respiratory Virus Oligo Panelには、一般的な呼吸器系ウイルス、最近のインフルエンザ株、およびSARS-CoV-2をふくむコロナウイルスを検出するためのプローブが7,800個あり、陽性対照として使用できるヒトプローブもあります。これらのプローブは非常に密な間隔で配置された80-merのオリゴであり、パネルに含まれるすべてのウイルスの全ゲノムカバレッジを実現します。パネルに含まれるウイルスの一覧は以下のとおりです。

  • ヒトコロナウイルス229E
  • ヒトコロナウイルスNL63
  • ヒトコロナウイルスOC43
  • ヒトコロナウイルスHKU1
  • SARS-CoV-2
  • ヒトアデノウイルスB1
  • ヒトアデノウイルスC2
  • ヒトアデノウイルスE4
  • ヒトボカウイルス1型(Primate bocaparvovirus 1 isolate st2)
  • ヒトボカウイルス2c型 PK isolate PK-5510
  • ヒトボカウイルス3型
  • ヒトパラインフルエンザウイルス1型
  • ヒトパラインフルエンザウイルス2型
  • ヒトパラインフルエンザウイルス3型
  • ヒトパラインフルエンザウイルス4a型
  • ヒトメタニューモウイルス(CAN97-83)
  • 呼吸器多核体ウイルス(A型)
  • ヒト呼吸器多核体ウイルス9320(B型)
  • インフルエンザAウイルス(A/プエルトリコ/8/1934(H1N1))
  • インフルエンザAウイルス(A/韓国/426/1968(H2N2))
  • インフルエンザAウイルス(A/ニューヨーク/392/2004(H3N2))
  • インフルエンザAウイルス(A/ガチョウ/広東/1/1996(H5N1))
  • ヒトボカウイルス4型 NI株 HBoV4-NI-385
  • KIポリオーマウイルス ストックホルム60
  • WUポリオーマウイルス
  • ヒトパレコウイルス1型 PicoBank/HPeV1/a
  • ヒトパレコウイルス6型
  • ヒトライノウイルスA89
  • ヒトライノウイルスC(024株)
  • ヒトライノウイルスB14
  • ヒトエンテロウイルスC104株: AK11
  • ヒトエンテロウイルスC109 isolate NICA08-4327
  • インフルエンザAウイルス(A/浙江/DTID-ZJU01/2013(H7N9))
  • インフルエンザAウイルス(A/香港/1073/99(H9N2))
  • インフルエンザAウイルス(A/テキサス/50/2012(H3N2))
  • インフルエンザAウイルス(A/ミシガン/45/2015(H1N1))
  • インフルエンザBウイルス(B/リー/1940)
  • インフルエンザBウイルス(B/ウィスコンシン/01/2010)
  • インフルエンザBウイルス(B/ブリスベン/60/2008)
  • インフルエンザBウイルス(B/コロラド/06/2017)
  • インフルエンザBウイルス(B/ワシントン/02/2019)
  • ヒト対照遺伝子

ターゲット濃縮は、ターゲット特異的ビオチン化プローブへのハイブリダイゼーションにより目的のゲノム領域をキャプチャーするリシーケンス法です。ハイブリッドキャプチャー法によるターゲット濃縮では、高感度検出が実現するため、高いリード深度は不要になります。また、ターゲット濃縮NGSワークフローではターゲットのほぼ完全なシーケンスデータが得られるため、ウイルスの進化のバリアント解析やウイルスのサーベイランスなどのアプリケーションの幅が広がります。

一方、アンプリコンシーケンスは、病原体ゲノムの特異的領域を同定することにより、サンプル中のターゲット病原体の存在を検出するためのものです。この方法では、急速に進化する病原体のゲノム全体における新たな変異を検出することはできません(が、これはウイルスの進化やウイルスサーベイランスに関する研究では必要なことです)。

ターゲット濃縮NGSワークフローではターゲットのほぼ完全なシーケンスデータが得られるため、コロナウイルスの進化のバリアント解析やウイルスのサーベイランスなどのアプリケーションの幅が広がります。アンプリコンシーケンスなどの他のターゲットリシーケンス法と比べると、ハイブリッドキャプチャーによる濃縮では、ターゲット領域を包括的にプロファイリングできるかなり大きなプローブパネルを使えます。さらに、ハイブリッドキャプチャープロトコールで使用されるオリゴプローブは、(qPCRなどのアンプリコンベースのアッセイでは困難な)高度に変異した領域内でも効果を持続できるため、RNAウイルスなどの急速に進化しているウイルスのターゲティングが可能になります。

コロナウイルスSARS-CoV-2のような病原体が同定されると、アンプリコンシーケンスによって高いコスト効率と拡張性で迅速に病原体を検出できます。一般的な全ゲノムシーケンス診断法として使用する場合、幅広いターゲットをカバーできるため、変異の影響を受けにくくなります。研究目的として全ゲノムシーケンスを使用すると、ウイルス変異のモニタリングと系統解析が可能です。

コロナウイルスSARS-CoV-2のような病原体が同定されると、ウイルス濃縮シーケンスパネルによって全ゲノムや複数のサンプルで認められたゲノム変異を検出することで、疫学情報と併せて高感度検出を行うことができます。この情報は感染の疫学情報を定義する役に立ち、公衆衛生当局は最適な感染制御戦略を作成できます。

イルミナのRespiratory Virus Oligo Panelでは、検出規模が約30種類の呼吸器系ウイルスまで拡大し、パネルに含まれる他のウイルスの複数感染を調べることができます。

このアンプリコンベースのNGSテストには、SARS-CoV-2のウイルスRNAを検出するためにデザインされた2019-nCoVプライマーが含まれています。

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当社のシーケンスプラットフォームページで、製品をご覧ください。シーケンサーの選択は、シーケンスで頻繁に使用する方法によって異なります。それぞれの方法で推奨される最適なシーケンサーについては、上記のワークフローをご覧ください。

イルミナとIDbyDNA、NGSによる感染症のソリューションを提供するために提携

本パートナーシップは、臨床現場における感染症検査へのNGSの普及拡大を目的としています。COVID-19パンデミックのなかで、サーベイランスを目的にNGSを行う世界中のお客様を対象に、より良いサポートを提供するために推進されました。

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イルミナおよびIDbyDNA

技術に関するヒント

イルミナのシーケンサーの新型コロナウイルス除染

イルミナでは、米国CDCおよび世界保健機関(WHO)の推奨事項を踏まえ、新型コロナウイルスSARS-CoV-2(2019-nCoV)との接触が疑われるNGS装置または接触したことが判明している装置の除染について、本手順を推奨します。

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シーケンスランの性能に対するアンモニウムベース洗浄剤の影響

シーケンサーの近くで、(COVID-19のパンデミック下で検査室の洗浄によく利用されている)アンモニアベースの洗浄剤や消毒剤を使用すると、シーケンスランの性能が低下するおそれがあります。こうした問題を回避するためのヒントをご覧ください。

Bulletinを参照する

COVID-19のNGSに関する最新ニュース

オーストラリアのCOVID-19追跡システムを構築

オーストラリアの公衆衛生研究所は、画期的な取り組みにより、オーストラリアでCOVID-19陽性と判定されたすべてのウイルスゲノムをイルミナのテクノロジーでシーケンスし、州ごとではなく全国規模でCOVID-19を追跡しています。

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米国におけるCOVID検査のスケールアップ

イルミナは先ごろ、NIHのRapid Acceleration of Diagnostics(RADx、診断迅速化)イニシアチブに参画し、COVID検査サービスを提供して、SARS-CoV-2検査を幅広く利用できるように貢献しています。

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COVID-19の宿主応答研究の加速

BaseSpace Correlation Engineを活用する共同研究環境は、重要なパスウェイ、バイオマーカー、有望な医薬品候補リード化合物に関する仮説をCOVID-19の研究者が検証する役に立ちます。

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イルミナとHelix、新規変異株の流行評価のために連携

COVIDSeqは、ウイルスのB.1.1.7変異株の同定に役立ちます。イルミナとHelixは、米国疾病管理予防センター(CDC)のサポートを受け、米国における新規変異株50症例以上をすでに同定しました。

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ショットガンメタゲノミクス対応製品

Illumina Stranded Total RNA Prep with Ribo-Zero Plus

幅広いサンプルタイプの迅速なライブラリー調製が可能で、比類ない柔軟性を備え、コーディングおよびノンコーディングトランスクリプトーム解析に対応します。

rRNA Depletion Kit

Illumina Ribo-Zero Plusキットだけで、ヒト、マウス、ラット、細菌の各サンプルのリボソームRNA除去が可能です。

NextSeq 2000

革新的なベンチトップ型シーケンサーでは、現在と将来のさまざまなアプリケーションで、さらに高効率で制約の少ない新たなサイエンスを探求することができます。

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iSeq 100

iSeq 100システムは、スピードや手ごろな価格帯とともに、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)技術とSequencing by Synthesis(SBS)ケミストリーの精度を兼ね備えています。

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MiSeq

MiSeqベンチトップ型シーケンサーはターゲットおよび微生物ゲノムアプリケーションに対応し、高品質なシーケンス、シンプルなデータ解析、クラウドでのデータ保管を実現します。

この製品について
Illumina RNA Prep with Enrichment

Illumina RNA Prep with Enrichmentは、イルミナのライブラリー調製用製品の中で最も迅速かつ柔軟なRNAターゲットシーケンスソリューションです。

この製品について
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イルミナの最高医療責任者フィル・フェボ博士が、次世代シーケンスベースのサーベイランスをコロナウイルスSARS-CoV-2との闘いに利用する5つの主な方法を説明します。

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ハイブリッドキャプチャー法によるターゲット濃縮では、高感度検出が実現するため、ショットガンメタゲノミクスシーケンスで必要とされる高いリード深度は不要です。

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このターゲットを高度に絞り込むマルチプレックスPCR法に基づくシーケンスは、少量から数百までの遺伝子またはターゲットを、1回のランで同時に解析します。

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参考文献
  1. Bulcha B. Review on viral metagenomics and its future perspective in zoonotic and arboviral disease surveillance. J Biol Agr Healthc. 2017; 7(21): 35-41.
  2. A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. N Engl J Med. 2020; 382(8): 727-733.