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23andMe等全球多家机构正利用大数据探索人体遗传因素对新冠病毒感染的影响

关于新型冠状病毒引起的COVID-19,至今仍有许多问题尚未得到答案,其中之一就是为何不同个体间的患病严重程度会存在巨大差异。迄今为止,全球新冠确诊病例数已达数百万,但其中许多人可能并未出现过明显的发病症状。临床发现,感染者会经历各种各样的症状,包括嗅觉或味觉的丧失、消化问题、发烧、咳嗽和呼吸困难等。尽管老年人(例如患有心脏病等先天性疾病的人群)和男性似乎最易出现严重的并发症,但仅在美国就有数百名年轻人和既往健康人群死于这种疾病[1]。

如今,全世界研究人员已开始思考遗传学是否会影响症状的严重性,并正在开展研究寻找特定基因,以帮助解释为什么有些个体感染新冠病毒后病情严重,而另一些人却几乎毫发无损。

探索新冠感染的遗传差异

来自美国哥伦比亚大学的临床遗传学家Wendy Chung在《科学家》杂志的一篇报道中表示,到目前为止,研究人员对此仍“基本上一无所知”。目前,全球数以百计的科学家开始研究人类基因组以寻求答案,她就是其中之一。其团队已从美国新冠病毒大流行的中心——纽约长老会医院的患者身上收集并储存鼻腔拭子和其他临床样本。其团队计划提取患者的DNA并对基因组进行测序,以检测与电子病例中所列症状相关的微小序列变异。

众所周知,此前科学界已经发现基因变异可以改变个体感染传染病的几率。其中最著名的例子是便是CCR5基因突变,该基因突变被报道能够带来抵抗艾滋病毒的能力。

美国约翰霍普金斯大学遗传学家Priya Duggal介绍,一旦病毒进入人体内,其他变异也会影响病毒进入人体后的情况,从而导致人与人之间产生截然不同的结果。Priya Duggal之前的研究已证明,人类白细胞抗原(HLA)基因的变异会影响机体的免疫反应[3],这可能有助于解释为什么有些人能自行清除丙型肝炎感染,而有些人却留下了慢性疾病。

Priya Duggal说,了解遗传背景如何影响人们对感染的反应可能会为科学家提供可靶向的蛋白质或通路,进而增强疫苗的免疫反应。近期,她将研究范围从HIV、肝炎等病原体扩展到了SARS-CoV-2冠状病毒。她正计划对感染该病毒后入院的年轻人群进行研究,以了解他们之所以出现更严重的疾病是否出于遗传学基础。

“我认为我们在预测基因研究方面做得很差。过去之所以如此糟糕,我认为这很大程度上是由于我们没有完全了解免疫系统中所发生的一切。”COVID-19可能对某些人如此致命的原因之一是,其机体会引发一种名为细胞因子风暴的过度免疫反应,这可能源于病人的某些基因。一项针对2009年H1N1流感病毒死亡患者的小型研究发现,许多携带相关基因突变个体触发了这种细胞因子分子的自毁性反应[4]。

对于COVID-19的敏感性和严重性的遗传机制研究结果开始陆续出现。一项研究表明,HLA基因的变异可能参与其中[5]。还有研究者指出了ABO血型的差异[6]以及ACE2基因的变异[7]。但这些发现都是初步的,还需要对更大规模的数据进行跟踪。     

来自芬兰赫尔辛基大学的生物统计学家Andrea Ganna正致力于整合全球基因组学项目的数据。“COVID-19宿主遗传学计划”(COVID-19 Host Genetics Initiative)包含了117项研究[8]。Andrea Gann介绍,几家大型生物数据库已在大流行之前同意分享其持续收集的DNA数据,包括拥有60,000名参与者的Penn Medicine Biobank,已收集芬兰5%总人口DNA的FinnGen,以及它是世界上最大的生物库之一UK Biobank。“我非常有信心,当这些大型机构加入进来,我们可以在下个月以指数方式增长我们的数据库,并且发现一些信息。”

值得关注的是,消费级基因检测公司23andMe本月初还宣布将利用其超过1000万客户的数据库寻找COVID-19的遗传线索[9]。23andMe研究部副总裁Joyce Tung表示,其小组计划向同意参与研究的80%以上的客户推出问卷调查,并希望吸引成千上万的志愿者参加这项研究。具体调查内容包括社会隔离措施、症状以及COVID-19检测结果等。

数据收集的特殊挑战

虽然每个新确诊的COVID-19阳性病例都为基因组研究提供了一个有价值的数据点,但另一方面,如果大流行趋势明显减弱,一些研究则可能永远无法完成。Joyce Tung表示:“在某些程度上,我们正在陷入一场奇怪的博弈,因为最好的情况是,我们因为没有足够的病例而无法获得足够的数据。”

就目前情况而言,大流行迅速蔓延的性质以及感染本身为研究带来了独特的挑战。在他们的研究中,Wendy Chung和她的同事们已经确定了数千个阳性病例同意加入研究。但好几次,协调人在给潜在研究对象打电话后,发现他们已经死亡。Wendy Chung感到非常紧迫,她说:“我们考虑的是两周内我们可以发现什么,而不是两年内可以发现什么。”

除此之外,阻碍研究的另一个原因还在于缺乏广泛的病毒检测,这也使研究变得更加复杂化。例如,本周纽约市的死亡人数增加了超过3,700例,这些人虽然被认为死于新冠病毒,但可能从未确诊呈阳性。Priya Duggal说:“如果我们从未进行过广泛的检测,那么就不能依靠它来判断某人是否呈阳性。”

展望未来,如果研究人员能够成功识别出预测感染是否具有严重破坏性的基因,那么临床就可以更有效地对需要医疗护理的患者进行分类。如果幸运的话,研究人员甚至可能发现使某些人具有特殊抵抗力的基因。但到目前为止,还没有这方面的证据。

“我不认为这将是最后一次传染病危机。”Wendy Chung说,“我认为,我们正在努力做的是了解我们能在这种情况下做什么,从而更好地了解免疫反应以及如何抗击感染。”

参考资料:

1. Hundreds of young Americans have now been killed by the coronavirus, data shows

https://www.washingtonpost.com/health/2020/04/08/young-people-coronavirus-deaths/

2. DNA Could Hold Clues to Varying Severity of COVID-19

https://www.the-scientist.com/news-opinion/dna-could-hold-clues-to-varying-severity-of-covid-19-67435

3. Genome wide association study of spontaneous resolution of hepatitis C virus infection

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3638215/

4. Whole-Exome Sequencing Reveals Mutations in Genes Linked to Hemophagocytic Lymphohistiocytosis and Macrophage Activation Syndrome in Fatal Cases of H1N1 Influenza

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4779301/

5. Human leukocyte antigen susceptibility map for SARS-CoV-2

https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.03.22.20040600v2

6. Relationship between the ABO Blood Group and the COVID-19 Susceptibility

https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.03.11.20031096v2

7. Comparative genetic analysis of the novel coronavirus (2019-nCoV/SARS-CoV-2) receptor ACE2 in different populations

8. https://www.covid19hg.org/

9. 23andMe Engages Its Millions of Research Participants to Study COVID-19

https://blog.23andme.com/23andme-research/covid-19-genetic-study/

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本文由 测序中国 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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