康健基因 「奈米孔技術」+國網中心超級電腦 14小時完成新冠病毒定序

2020/10/12
康健基因 「奈米孔技術」+國網中心超級電腦 14小時完成新冠病毒定序
隨著新冠肺炎(COVID-19)仍在全球肆虐,國研院國網中心近期公開徵求各界提案,期望將國網中心的超級電腦運算技術,擴大應用於防疫。在這項「御守臺灣‧科技抗疫」專案中,以「奈米孔定序」為利基的康健基因

康健基因 「奈米孔技術」+國網中心超級電腦 14小時完成新冠病毒定序。圖為9月11日,康健基因、國網中心、長庚大學共同舉辦的研討會 (圖片來源:康健基因提供)

2020.10.12環球生技雜誌/記者 巫芝岳

隨著新冠肺炎(COVID-19)仍在全球肆虐,國研院國網中心近期公開徵求各界提案,期望將國網中心的超級電腦運算技術,擴大應用於防疫。在這項「御守臺灣‧科技抗疫」專案中,以「奈米孔定序」為利基的康健基因,也提出將這項新一代核酸定序技術,結合超級電腦,得以在14小時內完成病毒定序的解方。

該合作說明了使用奈米孔(nanopore)定序技術,如何加上台灣既有資源,來有效縮短分析時程,加速檢測與追蹤病毒傳播。

911日,康健基因也與國網中心、長庚大學共同舉辦研討會,說明這項合作應用。

康健基因資深研究員邱家軍首先介紹了奈米孔定序的概論,及COVID-19定序的應用;研究員余俊輝則介紹了康健基因自行搭建的分析流程與服務「NCOVID19(Nanopore COVID-19 analysis pipeline)

NCOVID19是結合奈米孔定序與國網中心的臺灣AI(Taiwan Computing Cloud, TWCC)的創新服務,讓研究人員從樣本處理、上機、分析到產出結果,僅需14小時便能確認COVID-19患者的病毒感染源,最趨近於哪株已知病毒株,以及是否有產生新變異、預測該變異是否具有功能性等。

國網中心副研究員葉昌偉表示,這項技術從樣本處理、萃取核酸、建庫、上機,接著進行數據品管(data QC)、基因序列組裝(genome assembly)、標記(annotation)、種系發生分析(phylogenetic analysis),整體執行時間壓縮在14小時內。

康健基因是台灣首家獲得英國「牛津奈米孔科技公司」(Oxford Nanopore Technologies)認證的廠商;康健表示,雖然奈米孔技術的商業推廣至今才滿三年的時間,但在持續改善其「產量」及「精確度」下,加上快速定序的優勢,全球已有越來越多研究者使用該技術進行各種臨床應用。

由於奈米孔定序技術,原理是偵測DNARNA通過穿膜蛋白(transmembrane protein)中的奈米孔洞時,所造成的連續電流變化,來解讀序列,不像傳統核酸定序方式需經過序列放大步驟,因此定序速率更快且更精準。

而在此快速、精準的優勢下,可攜式/移動式的奈米孔定序設備,已在包括伊波拉病毒、茲卡病毒等多項傳染病發生地,證明了它們確實可用來作為現場監測工具,但當時這些研究,仍侷限於原始資料傳輸、大量資料庫比對以及對計算硬體設施的要求等因素,而不易透過即時性分析來有效阻斷疾病傳播。

這項康健基因與國網中心的示範合作,說明了在傳染病爆發的監測場景中,使用先進的奈米孔定序設備,和利用台灣既有的資源,確實可以有效地縮短分析時程,為快速檢測和追蹤病毒傳播和變異的途徑,提供科學依據。