Product Articles

Life Science

การศึกษา Whole genome sequencing ของไวรัส covid-19 และไวรัสชนิดอื่นๆ

 

 

 

          เนื่องจากการแพร่ระบาดของ covid-19 ในสถานการณ์ปัจจุบัน การศึกษา viral whole genome sequencing มีบทบาทสำคัญในการศึกษา viral evolution และ genome diversity อีกทั้งข้อมูล viral whole genome sequencing ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้สำหรับ novel treatment หรือ การผลิต vaccine ได้อีกด้วย

          จากการศึกษา whole genome sequencing (WGS) ของ covid-19 พบว่ามีต้นกำเนิดมาจากค้างคาว เป็น zoonotic pathogens ที่สามารถถ่ายทอดสู่มนุษย์ได้จากการสัมผัสโดยตรง covid-19 เป็นไวรัสในกลุ่ม Betacoronavirus ซึ่งเป็นไวรัสกลุ่มเดียวกันกับ severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) โดยความหลายคลึงกันนี้จึงเป็นที่มาของการตั้งชื่อไวรัสว่า SARS-CoV-2 หรือ covid-19 นั้นเอง

          Covid-19 มีจีโนมเป็น single-stranded positive-sense RNA (+ssRNA) ซึ่งมีขนาด genome size ประมาณ 27–32 Kbp โดยโครงสร้าง genome จะประกอบไปด้วยอย่างน้อย 6 open reading frames (ORFs) ซึ่ง ORF แรก (ORF1a/b) จะอยู่บริเวณ 5’ ครอบคลุมประมาณ 2 ใน 3 ส่วนของจีโนมทั้งหมด ส่วน ORF อื่นๆ จะอยู่บริเวณ 3’ และ encode อย่างน้อย 4 structural proteins ประกอบไปด้วย envelop glycoprotein spike (S), membrane (M) proteins, envelope (E) proteins และ nucleocapsid (N) proteins (รูปภาพที่ 1)

รูปภาพที่ 1 Genome ของ SARS-CoV2/Covid-19 (Alanagreh et al, 2020)

 

          อย่างที่เป็นที่รู้กันดีว่า covid-19 สามารถที่จะ mutation ได้รวดเร็ว โดยการ mutation ดังกล่าวอาจส่งผลให้สมบัติของไวรัสเปลี่ยนแปลงไป เช่น ทำให้เกิดการแพร่กระจายได้ง่ายขึ้น มีความสามารถในการก่อโรคที่รุนแรงมากขึ้น หรือ ทำให้ไม่ตอบสนองต่อการรักษา เป็นต้น ซึ่งในปัจจุบันนี้มี covid-19 หลากหลายสายพันธุ์ ดังนั้นการศึกษา WGS จะช่วยให้เกิดความเข้าใจถึงการเปลี่ยนแปลงของไวรัส และสามารถนำไปประยุกต์ใช้เป็นแนวทางในการควบคุมโรคต่อไปได้

          ตัวอย่างงานวิจัยจากการศึกษา WGS ของ covid-19 ที่แยกได้จากผู้ป่วยจากแต่ะละประเทศ (India Bangladesh และ Ecuador) เปรียบเทียบกับ WGS ของ covid-19 ที่พบในประเทศจีน พบว่าสายพันธุ์ที่พบใน Ecuador มีความใกล้เคียงกันกับสายพันธุ์ที่พบใน Wuhan 99.68% (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1 การวิเคราะห์ genomic ของ covid-19 ที่แยกได้จากผู้ป่วยจากประเทศที่แตกต่างกัน (Ahmed, 2021)

          ปัจจุบัน World Health Organization (WHO) และกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ผู้เชี่ยวชาญในด้าน virological จากหลากหลายประเทศ ได้ทำการจัดการตั้งชื่อสายพันธุ์ของ covid-19 ซึ่งอาศัยข้อมูลจากฐานข้อมูล GISAID, Nextstrain และ Pango โดยการใช้อักษรกรีก เช่น แอลฟา, บีตา, แกมมา เป็นต้น เพื่อให้เข้าใจตรงกัน และเพื่อการศึกษาในงานวิจัยในเชิงลึกต่อไป โดยแบ่งเป็น 2 ชนิดหลัก ดังนี้

 

1. สายพันธุ์ที่น่าสนใจ (Variant of Interest)

- เป็นสายพันธุ์ที่เกิดการเปลี่ยนแปลงบริเวณ genetic markers ที่อาจส่งผลต่อการวินิจฉัย การติดต่อ การรักษา หรือ การหลบหนีระบบภูมิคุ้มกัน

- เป็นสายพันธุ์ที่พบหลักฐานเกี่ยวกับการเพิ่มขึ้นของผู้ติดเชื้อเป็น unique outbreak clusters

          ซึ่งสายพันธุ์เหล่านี้ต้องการข้อมูลการศึกษาเพิ่มเติมจากข้อมูล sequence surveillance หรือ การทดสอบเพิ่มเติมจากห้องปฏิบัติการ หรือ การตรวจสอบในเชิงระบาดวิทยาเพิ่มเติม โดยสายพันธุ์ที่น่าสนใจมีข้อมูลดังแสดงในตารางที่ 2

 

2. สายพันธุ์ที่น่ากังวล (Variant of Concern)

- เป็นสายพันธุ์ที่พบหลักฐานที่ส่งผลกระทบต่อการตรวจวินิจฉัย การรักษา หรือ ประสิทธิภาพของวัคซีน

- เป็นสายพันธุ์ที่พบหลักฐานที่ทำให้การติดต่อที่เพิ่มมากขึ้น

- เป็นสายพันธุ์ที่พบหลักฐานที่ส่งผลให้เกิดความรุนแรงของการก่อโรคที่เพิ่มขึ้น 

          ซึ่งสายพันธุ์เหล่านี้จะต้องอาศัยการพัฒนาสำหรับการตรวจวินิจฉัยโรค การปรับเปลี่ยนเกี่ยวกับวัคซีน หรือการรักษาเพื่อให้สามารถควบคุมสายพันธุ์เหล่านี้ได้ โดยสายพันธุ์ที่น่ากังวลมีข้อมูลดังแสดงในตารางที่ 3

 

          โดย Macrogen มีบริการสำหรับการศึกษา viral whole genome sequencing (DNA/RNA virus) อีกทั้งมีบริการการวิเคราะห์ผลทั้งแบบ re-sequencing และ de novo

• Re-sequencing: สำหรับศึกษา variation ต่าง ๆ เช่น single nucleotide polymorphism (SNP), insertion และ deletion (InDel), หรือ copy Number Variation (CNV) จากการเปรียบเทียบข้อมูลกับ reference genomes ที่มีข้อมูลใน data base

• De novo: สำหรับการศึกษาสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่

Sequencing platforms

• Illumina NovaSeq 6000 / HiSeq X Ten / HiSeq 4000 / HiSeq 2500

• Illumina MiSeq

• PacBio Sequel II / Sequel / RS II

 

ชุดสกัดสำหรับ viral RNA/DNA: PureLink™ Viral RNA/DNA Mini Kit: 

https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/12280050?SID=srch-hj-12280050#/12280050?SID=srch-hj-12280050

บทความโดย: กัลยารัตน์ แก้วนิรัตน์

ตำแหน่ง:Technical Application Specialist for NGS and GeneArt Products

Reference

1. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/variants/variant-info.html

2. https://www.who.int/en/activities/tracking-SARS-CoV-2-variants/


X