隨著我們繼續在全球範圍內面臨間歇性的 COVID 感染激增，美國政府及其疾病控制中心需要專注於加強我們的系統，以便在下次高傳染性變異毒株出現之前就檢測到，避免再次措手不及。為了做到這一點，我國政府需要投資技術並解決當前系統性的效率低下問題，以便快速測序 COVID 變異毒株的遺傳資訊，從而使醫生和公共衛生官員能夠更好地告知公眾，並相應地制定策略以實施控制措施。
基因組測序（一種分析傳播毒株“基因指紋”的方法）的重要性在大流行期間已經顯而易見，美國應該借鑑其資助的努力——包括總統防治艾滋病緊急救援計劃 (PEPFAR) 以及透過聯合國在世界其他地區建立的其他多國合作關係。在波札那和南非，對 HIV 進行基因測序的悠久歷史，以及部署公共衛生工作者收集樣本和追蹤接觸者，使這兩個國家能夠迅速瞭解新出現的 SARS-CoV-2 變異毒株，例如奧密克戎。
在南非，公共衛生官員注意到兩個城市的病例數量不斷增加，並透過對樣本進行測序，技術人員在病毒基因組中發現了一個不尋常的特徵：目標基因之一 S 基因在檢測中沒有顯示出來，儘管它存在於病毒樣本中。此前，這種特徵僅在世界其他地區的變異毒株中見過，這讓專家們意識到情況有所不同。同樣，在波札那，每週的監測檢測在一組樣本中發現了一個不尋常的序列，然後迅速追蹤到外交使團的旅行者。
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這兩個國家都已經建立並正式化了基因組監測網路，其中包括來自該國所有地區的每週隨機抽樣。這包括與所有分子檢測實驗室和一線衛生團隊合作，定期對疑似或 COVID 檢測呈陽性的人員進行取樣，並調查疫情和入境口岸的取樣點。透過密切合作，波札那和南非基因組監測網路的科學家們能夠快速測序奧密克戎的 RNA，並將有關該變異毒株獨特特性的資訊傳播到全球。
相反，美國在基因組測序方面步履維艱，這是由於大規模的碎片化，州、私營部門和學術實驗室都在並行工作或彼此孤立，以及長期以來對我們自己公共衛生系統投資不足。
這導致新疫情和新毒株的檢測相對緩慢。最近，家用快速抗原檢測的廣泛使用導致許多陽性樣本從未送到實驗室進行進一步測序。
美國疾控中心試圖透過建立 SARS-CoV-2 測序公共衛生應急響應、流行病學和監測 (SARS-CoV-2 Sequencing for Public Health Emergency Response, Epidemiology, and Surveillance, SPHERES) 聯盟，於 2020 年 5 月 協調 SARS-CoV-2 測序，並建立了一個由州實驗室、學術機構、非營利組織、私營部門公司和國際合作者組成的合作網路，從而解決早期的缺點。在 2020 年和 2021 年，SPHERES 資助了許多機構，致力於改善幾個州的監測工作。儘管如此，仍有許多工作要做。
基因組測序是一種用於確定生物體或細胞基因藍圖的實驗室方法，它有幾個關鍵應用，已在大流行期間得到應用。首先，它使科學家能夠透過識別病毒在從宿主到宿主（或在某些情況下，在單個宿主體內持續複製很長時間）傳播過程中在其遺傳資訊中產生的突變，來追蹤病毒如何隨時間變化。這些突變大多數並不重要；它們不會使病毒更容易存活、感染或自我複製。但其中一些突變確實會產生影響；它們會影響病毒如何進入細胞、如何逃避身體的免疫反應、如何對某些藥物產生耐藥性以及如何複製。
這些突變，就像在德爾塔和奧密克戎毒株中發現的那些突變一樣，成為了需要關注的變異毒株。
收集這些資訊對於瞭解何時可能需要發出公共衛生警報至關重要。透過測序，南非科學家發現，奧密克戎在刺突蛋白（病毒顆粒中允許其結合並進入細胞的部分）中具有超過 30 個突變。其中一些突變是奧密克戎具有高度傳播性的原因，使其很容易在人與人之間傳播。我們現在認為，奧密克戎逃避免疫反應的能力是其傳播性增強的關鍵。
基因組測序為我們提供的其他資訊包括，較新的變異毒株是否可能逃避分子診斷測試的檢測，或者它們對治療方法（如抗病毒藥物或單克隆抗體）的脆弱性是否降低（奧密克戎就出現過這種情況）。
測序的另一個重要目的是更好地理解和解釋病毒如何在人與人之間傳播——即所謂的“傳播鏈”。最近，科學家們使用了來自多名感染者的序列資料表明，香港一家隔離酒店的一名旅客很可能透過空氣傳播奧密克戎變異毒株感染了走廊對面的房間的人。
基因組測序已經幫助美國部分地區追蹤到這種病毒。去年夏天，馬薩諸塞州公共衛生部與哈佛大學布羅德研究所合作，分析了著名的普羅溫斯敦疫情，該疫情表明，接種疫苗的人仍然面臨感染和傳播的風險。這最終導致在該州範圍內重新努力恢復佩戴口罩。
基因組測序還使科學家能夠確定病毒新譜系的來源和方式。就奧密克戎而言，這種在進化樹上的分歧可能發生在 2020 年年中。透過測序，科學家們確定奧密克戎變異毒株高度突變，並且看起來與阿爾法、德爾塔和其他已知的 SARS-CoV-2 變異毒株顯著不同。遺傳資料還表明，奧密克戎從其分歧點開始持續突變，可能是在人類或動物宿主體內，但在今年早些時候爆發疫情之前，並未引起流行病激增。一種理論認為，該變異毒株是從免疫功能低下的人身上出現的，他們的免疫系統無法清除病毒，從而使其長期突變。作為其中一個例子，這些資料可以幫助改進大流行病預防，方法是更好地針對和測序來自免疫功能低下患者的樣本。
但總的來說，美國的疫情應對措施受到了基因組測序協調不力的影響。在疫情初期，沒有聯邦授權、資金增加，甚至沒有針對我們從患病者身上分離出的病毒基因組進行測序的協調一致的國家級應對措施。2021 年 2 月，即大流行的第一年，美國疾控中心注入了 2 億美元用於測序工作，並承諾透過拜登總統的美國救援計劃提供更多支援。
截至 2021 年 12 月初，該國對所有 PCR 診斷測試的 14% 進行了測序。 這比 2021 年 1 月（當時不到 1%）有了顯著提高，但樣本採集和結果之間仍然存在數週的延遲，各州之間的測序規模也存在很大差異。這意味著該國大部分地區不可能快速檢測到新的變異毒株。
提高監測效率的一個重要方法是利用不依賴全基因組測序的篩選分析方法（例如用於識別奧密克戎的 S 基因靶標失敗 (SGTF) 技術），以快速將我們的測序技術集中在更可能代表新毒株的樣本上。
奧密克戎變異毒株的檢測突顯了建立強大的基因組監測系統的重要性，該系統可以在學術界、臨床醫學和公共衛生部門的各自為政的情況下發揮作用——這不僅對於下一種 SARS-CoV-2 變異毒株很重要，而且對於下一次大流行病毒也很重要。我們敦促美國疾控中心和聯邦政府不要忽視快速監測的重要性，因為國會正在就資金問題爭論不休。正如我們從這場大流行病中學到的，已有 100 萬美國人喪生，很難與一個我們不完全瞭解的敵人作鬥爭。
這是一篇觀點和分析文章，作者或多位作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。