从灵长类动物模型到SARS-COV-2测序和测试

随着SARS-CoV-2病毒在2020年初在世界各地传播,许多研究人员将重点转移到支持全球应对挑战的努力上。威斯康辛大学的两位教授从动物模型研究致病性开始,发展成为大规模的SARS-CoV-2测序和COVID-19检测项目。

病毒学家大卫·奥康纳和谢尔比·奥康纳(如图所示,他们沿着门多塔湖跑步)在SARS-CoV-2测序和COVID-19检测方面进行了广泛的工作

大卫·奥康纳博士说:“在这个领域做一名科学家让人有使命感,但同时也让人有责任感和责任感。”“你总是希望自己能做到这一点。”

将焦点转移到Covid-19

大卫和他的配偶谢尔比·奥康纳博士都是威斯康辛大学麦迪逊分校威斯康辛国家灵长类动物研究中心的领导。

大卫和谢尔比是长期协作小组的一部分,这些集团在艾滋病病毒和结核病等传染病的动物模型中工作。多年来,该团队有时已经转移了重点,以解决新兴威胁。例如,当Zika病毒在2015年升级到流行病时,他们支持使用灵长类动物在怀孕期间研究Zika病毒的模型来支持全球研究工作。

2020年初,当大卫在中国出现的新冠心病新闻时,大卫在南非。他叫Shelby开始讨论他们的一群实验室如何支持回应。

“1月22日n是我们开始思考这一天的那一天,“大卫说,”在几周内,我会说它占据了我们的精神带宽的50%或更多。“

他们开始使用它们最熟悉的动物模型,在非人动物模型中发展系统,以研究SARS-COV-2的发病机制。这项工作使他们忙碌,直到3月初,当麦迪逊时,Wi开始经历Covid-19的社区传播。到那个点,大卫说,这几乎是24小时的工作。

“有些晚上,[华盛顿大学教授和合作者]汤姆·弗里德里希(Tom Friedrich)、谢尔比(Shelby)或我都会在实验室呆到凌晨两点。这是一场与时间赛跑,弄清到底发生了什么,从那时起就一直在全力以赴。”

在接下来的几个月里,奥康纳夫妇将他们的关注点扩展到了动物模型之外。作为病毒学家,他们意识到自己拥有对社区产生积极影响的技能和知识。大卫说,他是在访问世界一流的Rakai健康科学项目时受到启发的,该项目是艾滋病研究的领先机构之一。他注意到当一项工作需要完成时,每个人都会全力以赴。

“你可以是临床医疗主任,但如果汽车发动不了,你就得换电池,”大卫说。“每个人都要扮演自己的角色,不管那是什么。所以,当我们自己的社区出现病毒时,我们看到了需要做的重要事情,然后说,‘我们可以做到。’”

Shelby O'Connor适用于Covid-19的抗原测试

今天,大卫的团队已经对3500多个病毒样本进行了测序。戴维和谢尔比还一直在共同努力,推动大麦迪逊地区的K-12学校进行COVID-19检测。在很多方面,COVID-19已经成为奥康纳夫妇的全职工作,但两人都表示,他们很高兴能继续努力。

“你必须听取专家的意见,”谢尔比说,“但我们认识到,你不必事事都是专家,才能有所作为。”

SARS-COV-2测序

大卫过去一年最大的项目之一是追踪SARS-CoV-2在时间和空间上的移动和变化。大卫的团队与汤姆·弗里德里希的实验室合作,对从威斯康星州戴恩县的阳性测试样本中提取的SARS-CoV-2病毒基因组进行了测序。

SARS-COV-2的基因组由大约29,900个RNA基础组成。这些碱基包含组装每片病毒 - 穗蛋白的指令,这使得病毒进入宿主细胞,以及28个其他已知蛋白质。

当病毒复制时,这些碱基中的任何一个都有很小的可能被错误复制。每一个引入的突变都可能导致表型的改变。这些变化可能导致生物效应,例如在英国出现的B.1.1.7变种SARS-CoV-2的传播能力增加,或在南非出现的B.1.351变种对某些疫苗的易感性降低。

然而,即使是对人类健康没有明显后果的突变,也可能有助于了解大流行。

“测序提供了一个指纹,可以让你跟随病毒穿越时间和空间,”大卫说。“例如,你可以弄清楚密尔沃基和麦迪逊的序列在‘家里更安全’命令前后的对比。我们去年就这样做了。事实证明,在“在家更安全”期间,麦迪逊病毒留在了麦迪逊,密尔沃基病毒留在了密尔沃基。在威斯康辛州最高法院否决了它之后,你看到了更多的病毒混合。”

团队使用Maxwell®RSC48仪器用中提取病毒RNAMaxwell®RSC病毒总核酸纯化试剂盒准备它们的样品,然后在牛津纳米孔平台上测序。他们目前能够每周进行大约200个样本。自大流行开始以来,他们在Dane County中排序约占所有阳性测试样品的5%。这与全国平均水平增加,低于0.5%。

“人们会问,‘你这么做是为了研究还是为了公共健康?’我就说,是的!”大卫说。“我们想了解这种病毒,但同时生成序列的行为也具有公共卫生价值。”

David O'Connor适用于Covid-19的抗原测试

大卫和他的团队与其他研究人员和官员一起比较测序数据,并监测病毒如何在威斯康星州发生变化。他们一直在追踪威斯康辛州的病毒变异并密切关注相关变异,比如B.1.1.7.David是2月初在沃克斯县发现的一八一B.1.1.7的案件时首次通知。

“如果没有公共卫生投入和我们的检测实验室合作伙伴,我们就无法做到这一切,”大卫说。“这确实是一个巨大的社区努力。”

随着美国为病毒排序分配更多资源,该社区努力将在未来几个月中增长。2020年2月4日,威斯康星州参议员Tammy Baldwin介绍立法向CDC提供20亿美元,目标是对美国15%的COVID-19感染病例的SARS-CoV-2基因组进行测序。

大卫说:“我们正全力以赴,期待对病毒测序的持续需求。”

Covid-19和开放科学

奥康纳和弗里德里希实验室生成的所有测序数据都可以在开放门户.门户还包含来自团队正在处理的其他四个与其他相关举措的广泛协议和数据,包括用于发病机制的动物模型。这种公开科学的做法是他们多年来所做的事情,他们认为对科学界有价值。

“我们在Zika期间开始分享我们的数据,”大卫说。“Shelby和我一直在巴西工作了很长时间,所以我们能够拥有一些第一个数据。我们决定打开它,以便刚刚开始启动计划的其他人能够从我们的数据中受益。因此,它成为一个逻辑扩展,当我们开始在Covid-19工作时,我们将基本上遵循相同的模板。“

David和Shelby都表示,他们受到了medRxiv和bioRxiv等预印本服务器出版工作趋势的鼓舞。他们都认为科学总体上正在变得更加开放。他们还相信,在近乎实时的情况下分享他们的数据,促使他们总体上做得更好。

“在我们把东西放到网上之前,我们必须确保世界上任何人都能看到它。有时候这意味着我们必须对自己的言行非常严格。”谢尔比说。

大卫和谢尔比·奥康纳在下雪天享受户外生活

尽管过去一年的挑战和独特的体验,大卫和谢尔比表示,他们受到启发,以便继续支持研究努力和社区的安全。

谢尔比说:“这可能会让人筋疲力尽。”“有些事情是我一年前从未想过自己会做的。我记得当时下着雨,我坐在一间宿舍外面的货车里,等着取样品。”

“但这是值得的,”她说,并达成了大卫点头。“我们正在前进。”


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Jordan Villanueva在2017年加入Promega之前研究了西北大学的书写和生物学。作为一个科学作家,他对科学的人类最感兴趣 - 这些故事和人们背后的文章背后的人。研究兴趣包括免疫学和神经科学,以及Covid-19大流行。当他没有工作时,约旦喜欢转向酵母烘焙进入科学。这只是一种酵母和乳酸菌的共生文化,右图?

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