Published September 24, 2021 | Version v1
Publication Open

A targeted approach with nanopore sequencing for the universal detection and identification of flaviviruses

Creators

  • 1. Hokkaido University
  • 2. National Institute Of Hygiene And Epidemiology
  • 3. Fundação Oswaldo Cruz
  • 4. Hokkaido Institute of Public Health

Description

Abstract Nucleic acid test (NAT), most typically quantitative PCR, is one of the standard methods for species specific flavivirus diagnosis. Semi-comprehensive NATs such as pan-flavivirus PCR which covers genus Flavivirus are also available; however, further specification by sequencing is required for species level differentiation. In this study, a semi-comprehensive detection system that allows species differentiation of flaviviruses was developed by integration of the pan-flavivirus PCR and Nanopore sequencing. In addition, a multiplexing method was established by adding index sequences through the PCR with a streamlined bioinformatics pipeline. This enables defining cut-off values for observed read counts. In the laboratory setting, this approach allowed the detection of up to nine different flaviviruses. Using clinical samples collected in Vietnam and Brazil, seven different flaviviruses were also detected. When compared to a commercial NAT, the sensitivity and specificity of our system were 66.7% and 95.4%, respectively. Conversely, when compared to our system, the sensitivity and specificity of the commercial NAT were 57.1% and 96.9%, respectively. In addition, Nanopore sequencing detected more positive samples (n = 8) compared to the commercial NAT (n = 6). Collectively, our study has established a semi-comprehensive sequencing-based diagnostic system for the detection of flaviviruses at extremely affordable costs, considerable sensitivity, and only requires simple experimental methods.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد اختبار الحمض النووي التجريدي (NAT)، وهو الأكثر شيوعًا تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي، أحد الطرق القياسية لتشخيص فيروسات النكهة الخاصة بالأنواع. كما تتوفر أيضًا NATs شبه شاملة مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل لفيروس عموم الفلافي الذي يغطي جنس Flavivirus ؛ ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من المواصفات عن طريق التسلسل للتمايز على مستوى الأنواع. في هذه الدراسة، تم تطوير نظام كشف شبه شامل يسمح بتمايز الأنواع من فيروسات الفلافين عن طريق دمج تفاعل البوليميراز المتسلسل لفيروس عموم الفلافين وتسلسل المسام النانوية. بالإضافة إلى ذلك، تم إنشاء طريقة تعدد الإرسال عن طريق إضافة تسلسلات مؤشر من خلال تفاعل البوليميراز المتسلسل مع خط أنابيب مبسط للمعلوماتية الحيوية. وهذا يتيح تحديد قيم القطع لعدد القراءة الملحوظة. في بيئة المختبر، سمح هذا النهج باكتشاف ما يصل إلى تسعة فيروسات فلافي مختلفة. وباستخدام العينات السريرية التي تم جمعها في فيتنام والبرازيل، تم اكتشاف سبعة فيروسات نكهة مختلفة أيضًا. عند مقارنتها بـ NAT التجاري، كانت حساسية وخصوصية نظامنا 66.7 ٪ و 95.4 ٪ على التوالي. على العكس من ذلك، عند مقارنتها بنظامنا، كانت حساسية وخصوصية NAT التجارية 57.1 ٪ و 96.9 ٪ على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، اكتشف تسلسل المسام النانوية عينات أكثر إيجابية (n = 8) مقارنة بـ NAT التجاري (n = 6). بشكل جماعي، أنشأت دراستنا نظامًا تشخيصيًا شبه شامل قائم على التسلسل للكشف عن فيروسات الفلافين بتكاليف معقولة للغاية، وحساسية كبيرة، ولا يتطلب سوى طرق تجريبية بسيطة.

Translated Description (French)

Résumé Le test d'acide nucléique (NAT), le plus souvent la PCR quantitative, est l'une des méthodes standard pour le diagnostic des flavivirus spécifiques aux espèces. Des NAT semi-complètes telles que la PCR pan-flavivirus qui couvre le genre Flavivirus sont également disponibles ; cependant, une spécification supplémentaire par séquençage est nécessaire pour la différenciation au niveau de l'espèce. Dans cette étude, un système de détection semi-complète qui permet la différenciation des espèces de flavivirus a été développé par intégration du séquençage PCR et Nanopore du pan-flavivirus. En outre, une méthode de multiplexage a été établie en ajoutant des séquences d'index via la PCR avec un pipeline bioinformatique rationalisé. Cela permet de définir des valeurs limites pour les comptages de lecture observés. En laboratoire, cette approche a permis de détecter jusqu'à neuf flavivirus différents. À l'aide d'échantillons cliniques prélevés au Vietnam et au Brésil, sept flavivirus différents ont également été détectés. Par rapport à un NAT commercial, la sensibilité et la spécificité de notre système étaient respectivement de 66,7 % et 95,4 %. Inversement, par rapport à notre système, la sensibilité et la spécificité du NAT commercial étaient respectivement de 57,1 % et 96,9 %. De plus, le séquençage Nanopore a détecté plus d'échantillons positifs (n = 8) par rapport au NAT commercial (n = 6). Collectivement, notre étude a établi un système de diagnostic basé sur le séquençage semi-complète pour la détection des flavivirus à des coûts extrêmement abordables, une sensibilité considérable et ne nécessite que des méthodes expérimentales simples.

Translated Description (Spanish)

Resumen La prueba de ácidos nucleicos (NAT), más típicamente PCR cuantitativa, es uno de los métodos estándar para el diagnóstico de flavivirus específicos de la especie. También están disponibles NAT semicomprensivos como la PCR de pan-flavivirus que cubre el género Flavivirus; sin embargo, se requiere una mayor especificación mediante secuenciación para la diferenciación a nivel de especie. En este estudio, se desarrolló un sistema de detección semi-comprensivo que permite la diferenciación de especies de flavivirus mediante la integración de la PCR pan-flavivirus y la secuenciación Nanopore. Además, se estableció un método de multiplexación mediante la adición de secuencias de índice a través de la PCR con un pipeline bioinformático simplificado. Esto permite definir valores de corte para los recuentos de lecturas observados. En el entorno de laboratorio, este enfoque permitió la detección de hasta nueve flavivirus diferentes. Utilizando muestras clínicas recolectadas en Vietnam y Brasil, también se detectaron siete flavivirus diferentes. En comparación con un NAT comercial, la sensibilidad y la especificidad de nuestro sistema fueron del 66,7% y el 95,4%, respectivamente. Por el contrario, en comparación con nuestro sistema, la sensibilidad y la especificidad del NAT comercial fueron del 57,1% y el 96,9%, respectivamente. Además, la secuenciación de Nanopore detectó más muestras positivas (n = 8) en comparación con la NAT comercial (n = 6). En conjunto, nuestro estudio ha establecido un sistema de diagnóstico semicompleto basado en la secuenciación para la detección de flavivirus a costos extremadamente asequibles, una sensibilidad considerable y solo requiere métodos experimentales simples.

Files

s41598-021-98013-9.pdf.pdf

Files (1.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:3ac368582cc401d9854a55a90689b8c1
1.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نهج مستهدف مع تسلسل المسام النانوية للكشف العالمي عن فيروسات النكهة وتحديدها
Translated title (French)
Une approche ciblée avec le séquençage des nanopores pour la détection et l'identification universelles des flavivirus
Translated title (Spanish)
Un enfoque dirigido con secuenciación de nanoporos para la detección e identificación universal de flavivirus

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3199646485
DOI
10.1038/s41598-021-98013-9

Is supplement to
https://openalex.org/W3201371206 (Other)
https://openalex.org/W3197006535 (Other)
https://openalex.org/W3175842380 (Other)
https://openalex.org/W2774675543 (Other)
https://openalex.org/W2420153309 (Other)
https://openalex.org/W2330402197 (Other)
https://openalex.org/W2326282944 (Other)
https://openalex.org/W2119052929 (Other)
https://openalex.org/W2107323267 (Other)
https://openalex.org/W2096970964 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1896349447
  • https://openalex.org/W1959254653
  • https://openalex.org/W1968949292
  • https://openalex.org/W2028759206
  • https://openalex.org/W2097384079
  • https://openalex.org/W2098696296
  • https://openalex.org/W2119293187
  • https://openalex.org/W2122349387
  • https://openalex.org/W2128110156
  • https://openalex.org/W2142678478
  • https://openalex.org/W2145767845
  • https://openalex.org/W2154196920
  • https://openalex.org/W2162758337
  • https://openalex.org/W2169133350
  • https://openalex.org/W2259815689
  • https://openalex.org/W2559123425
  • https://openalex.org/W2599115802
  • https://openalex.org/W2606996549
  • https://openalex.org/W2611129948
  • https://openalex.org/W2619340142
  • https://openalex.org/W2755224396
  • https://openalex.org/W2805813448
  • https://openalex.org/W2806584824
  • https://openalex.org/W2871765342
  • https://openalex.org/W2893909145
  • https://openalex.org/W2896144115
  • https://openalex.org/W2910475883
  • https://openalex.org/W2946667018
  • https://openalex.org/W2947615562
  • https://openalex.org/W2950962479
  • https://openalex.org/W2951856202
  • https://openalex.org/W2951983907
  • https://openalex.org/W2952532495
  • https://openalex.org/W2965774606
  • https://openalex.org/W2978206651
  • https://openalex.org/W2996020779
  • https://openalex.org/W3031811048
  • https://openalex.org/W3089328234
  • https://openalex.org/W3129459161
  • https://openalex.org/W3133546158
  • https://openalex.org/W3143399448
  • https://openalex.org/W3203705669