NextClade --病毒分析分型利器

大家肯定都听说过新冠病毒分型，像什么包括阿尔法、贝塔、德尔塔、奥密克戎变异株BA.2.12和BA.2.12.1。。。。这些分型是怎么来的？

  • 基因组序列的差异通过比对不同病毒株的全基因组序列，寻找关键的变异区域。
  • 特定基因的差异（此点常用）一些基因（如编码表面蛋白的基因）变异较快，因此常用于分型。
    • 流感病毒的HA 和NA 基因。
    • 呼吸道合胞病毒（RSV）的G 基因。
    • 新冠病毒编码S蛋白的基因
    • 诺如病毒VP1 基因突变和插入/缺失（InDel）

    呼吸道合胞病毒系统发育树

    通过将这些基因构建系统发育树，将具有共同祖先的病毒分为不同基因型。那么问题来了。要想分型我必须要有某一个病毒的数据库，并且有官方的分型命名，然后自己才能构建发育树，看属于那一个分型

    NextClade应用而生（相信进行过新冠基因分型的朋友一定用过）

    Nextclade 和Nextstrain 是由Trevor Bedford 和Richard Neher 主导开发的开源项目。

  • Trevor Bedford

  • 机构：美国西雅图的Fred Hutchinson 癌症研究中心（Fred Hutch Cancer Center）
  • 专业领域：病毒进化、流行病学建模和生物信息学。

    • Richard Neher

  • 机构：瑞士巴塞尔大学的生物系统科学与工程研究所（Biozentrum, University of Basel）
  • 专业领域：分子进化、生物物理学和病毒基因组学。

    • 通过实时可视化病毒基因组数据，帮助研究人员追踪病毒的传播和演化。Nextclade 是 Nextstrain 项目中的一部分，用于处理基因组序列的具体分析。

    开发支持

    Nextclade 和 Nextstrain 的开发得到了多个机构的支持，包括：

  • 比尔及梅琳达·盖茨基金会（Bill & Melinda Gates Foundation）
  • 美国国家卫生研究院（NIH）
  • 欧洲研究理事会（ERC）

    • 支持的病毒

    （1）SARS-CoV-2

      （2）流感病毒

      • 甲型流感病毒（Influenza A）包括 H1N1、H3N2 等亚型。
      • 乙型流感病毒（Influenza B）Victoria 和 Yamagata 两个系。
      • 流感病毒的基因型分类和突变追踪。
      • 疫苗株匹配分析。

      （3）猴痘病毒（Monkeypox virus）

      • 基因组分型。
      • 突变追踪。

      （4）登革热病毒（Dengue virus）

        （5）呼吸道合胞病毒（Respiratory Syncytial Virus，RSV）

                RSV A 型和 B 型。

        • 基因型分类（如 ON1、BA）。
        • 突变注释。

        （6）人乳头瘤病毒（Human papillomavirus，HPV）

          （7）诺如病毒（Norovirus）        支持 VP1 基因序列的分析和基因型注释。        基因型分类（如 GII.4、GII.17）。
          选择参考基因组和数据库

          3. 数据来源

          Nextclade 的支持病毒种类主要根据全球公共健康需求动态更新，数据来源包括：

        • GISAID（全球流感和新冠病毒共享数据库）：特别是 SARS-CoV-2 和流感病毒。
        • GenBank（NCBI 病毒数据库）：支持所有病毒基因组的公开序列。
        • 其他研究机构提供的数据集世卫组织、欧盟 ECDC。

          • 如何使用

          核心功能

          1.序列比对（Alignment）

        • 将用户上传的病毒基因组序列与参考序列进行比对。
        • 支持核酸序列（如FASTA格式）的输入，比对结果直观显示碱基替换、插入和缺失。

          • 2.质量控制（Quality Control, QC）

        • 自动评估基因组序列的质量，标记可能存在问题的区域：
          • 序列覆盖范围（如是否缺失关键基因区）。
          • 碱基“未定义”（N）比例过高。
          • 测序错误（例如高比例的非标准碱基）。
        • 提供明确的评分，便于筛选高质量序列。

          • 3.克莱德分类（Clade Assignment）

        • 根据 Nextstrain 定义的分类系统，将病毒序列分配到特定的克莱德（Clade）。
        • 克莱德代表病毒的进化分支，例如 SARS-CoV-2 的20A、20B、21J等分类，有助于追踪病毒的传播和演化趋势。

          • 4.突变检测（Mutation Calling）

        • 自动识别序列中的关键突变，包括：
          • 单碱基替换（Substitution）。
          • 插入（Insertion）。
          • 缺失（Deletion）。
        • 突变会与参考序列注释进行比较，标出功能相关位点（如非同义突变）。

          • 5.系统发育树分析（Phylogenetics）

        • 将序列映射到现有的系统发育树中，显示用户序列与已知病毒株的进化关系。
        • 帮助研究人员了解病毒株之间的亲缘关系。

          • 6.可视化和报告

        • 提供交互式的可视化界面，显示分析结果：
          • 突变列表及其功能影响。
          • 系统发育树位置。
          • 克莱德分类。
        • 支持生成详细的结果报告，供后续研究和发表使用。

          • 使用流程

          在线版本

        • 访问网站打开Nextclade 网站，无需注册即可使用。

        • 上传序列

        • 点击“Upload Sequences”按钮，上传病毒基因组序列（支持 FASTA 格式）。
        • 多条序列可同时上传，便于批量分析。

          • 选择参考数据集

        • 根据需要选择分析的病毒类型（如 SARS-CoV-2、流感病毒等）。
        • 使用 Nextstrain 提供的最新参考数据集，确保结果准确。

          • 运行分析

        • 点击“Run Analysis”，工具将自动完成比对、QC、突变检测和克莱德分类。

          • 查看结果

        • 每条序列的质量评分、突变列表和克莱德分配。
        • 系统发育树中高亮显示序列位置。

        • 分析完成后，页面显示结果：
        • 支持下载详细报告（CSV/JSON格式）。

          • 本地版本（Nextclade CLI）

          对于需要高通量分析或隐私保护的用户，Nextclade 提供了命令行工具（CLI），可本地运行。

          安装 Node.js 后运行

          npm install --global @nextstrain/nextclade

        • 获取参考数据

        • 下载对应的病毒参考数据：
          

          

          nextclade dataset get --name <virus-name>
          

          

          

          nextclade dataset get --name sars-cov-2
          

          • 运行分析
        • 使用以下命令处理序列文件：
          

          

          nextclade run --input-fasta input.fasta --output-csv output.csv
          

          • 查看结果
        • 本地生成的文件包括突变列表、质量控制评分和克莱德分类结果。
          • Nextclade的优势
        • 实时更新
        • 数据库和分析模型根据最新病毒信息实时更新，特别适合追踪快速变异的病毒（如 SARS-CoV-2）。
          • 多功能整合
        • 集成比对、QC、突变分析和系统发育树等功能，减少工具切换的麻烦。
          • 灵活易用
        • 提供在线和离线两种版本，满足不同场景需求。
        • 直观界面适合非专业人员，CLI支持高效批量分析。
          • 广泛适用性
        • 支持多种病毒类型（包括冠状病毒、流感病毒、登革热病毒等），不仅局限于 SARS-CoV-2。
          • 典型应用场景
        • 病毒基因组质量评估
        • 通过质量控制功能筛选高质量基因组序列，用于后续分析。
          • 疫情监测与追踪
        • 使用克莱德分类和系统发育树分析病毒的传播和演化路径。
          • 疫苗和药物研究
        • 突变分析有助于识别抗原性变化或抗药性相关位点。
          • 流行病学研究
        • 研究病毒在不同地理区域的变异模式。
          • 相关链接和资源
        • Nextclade 官网  https://clades.nextstrain.org/
        • Nextstrain 文档  https://docs.nextstrain.org/
        • Nextclade CLI GitHub  https://github.com/nextstrain/nextclade
          • 可以参考 Nextstrain 的官方文档或社区论坛。
          

          

          

          

          
              
              
            
          

           
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