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변이 추적에 관한 CDC의 역할
SARS-CoV-2 변이 추적을 위해 CDC가 하는 활동
CDC는 미국에서 게놈 감시를 통해 COVID-19를 유발하는 새로운 SARS-CoV-2 변종을 추적합니다. CDC는 CDC, 공중보건 실험실, 민간 진단 실험실의 게놈 시퀀스 데이터를 연결하기 위해 국립생물공학정보센터external icon(NCBI)와 국제조류인플루엔자정보공유기구external icon (GISAIDexternal icon)가 관리하는 일반 공개 데이터베이스 내에 다수의 파이프라인을 구축했습니다.
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CDC가 게놈 감시 파이프라인을 통해 새로운 변종을 추적하는 방법을 알아보세요.
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CDC 국립 SARS-CoV-2 균주 감시(NS3) 시스템의 일환으로, 공중보건 실험실들은 시퀀싱을 위한 대표적인 바이러스 세트를 제공하기 위해 익명화된 표본을 CDC에 배송합니다. 이러한 표본은 4가지 주요 단계를 거쳐 SARS-CoV-2 유전자 염기서열 데이터로 변환되고 공공 저장소에 제공됩니다.
SARS-CoV-2의 게놈 시퀀싱 프로세스*
- 표본 수령 및 초기 프로세싱: 표본을 접수하고 이를 실험실 정보 시스템에 넣습니다.
- 표본 준비 및 시퀀싱: SARS-CoV-2 RNA를 추출하여 상보적 DNA로 변환하고 농축하여 차세대 시퀀싱 장비에 로드합니다.
- 염기서열 데이터 생성 및 수집: 표본의 염기서열을 분석하고 염기서열 분석기의 데이터를 수집하며 초기 품질 관리 단계를 수행합니다. 원시 데이터를 처리하여 염기서열 데이터로 변환합니다. 이 시점에 병렬 프로세스를 시작하여 민영 실험실로부터 수집한 염기서열 데이터를 CDC 데이터베이스에 통합하고 처리합니다.
- 공공 저장소에 염기서열 데이터 제출: 과학자들이 품질 관리 단계를 수행합니다. 공공 저장소에서 처음 승인하지 않은 염기서열을 분석하며 재제출을 위해 시퀀싱을 다시 진행할 수도 있습니다. 공개된 데이터는 공공 저장소를 통해 전 세계의 과학자가 사용할 수 있습니다.
게놈 시퀀스 데이터의 생물정보학적 분석
공개된 데이터는 공공 저장소를 통해 전 세계의 과학자가 사용할 수 있습니다. CDC는 국가 차원의 감시를 지원하기 위해 여러 출처에서 게놈 시퀀스 데이터를 정기적으로 수집합니다. 민영 실험실은 3단계에 게놈 시퀀스 데이터를 CDC로 전송합니다. 공개를 위해 이 단계에서 이러한 데이터를 처리하고 제출합니다. 공중보건 실험실, 연구실과 대학은 데이터를 공공 저장소에 직접 제출합니다. CDC의 과학자들은 시퀀스 데이터를 면밀히 분석하여 변종을 식별하고 그 비율을 적극적으로 모니터링하여 백신, 치료법, 진단법을 포함한 중요 SARS-CoV-2 대응책에 미치는 잠재적 영향을 평가합니다.
CDC는 CDC 분석에 주 공중보건 실험실의 결과물이 포함될 수 있도록 주 공중보건 실험실이 생성하여 공공 데이터베이스에 공개한 염기서열에 "태그를 지정pdf iconexternal icon"하도록 장려합니다. 제출되는 염기서열에 일관된 표준 태그 정보를 사용하면 미국 전역에서 생성된 데이터를 검색, 분석 및 공유하는 CDC의 능력이 향상됩니다.
* 게놈 시퀀싱 데이터의 정확도를 확인하기 위해 파이프라인의 여러 단계에서 품질 관리 테스트를 거칩니다.
국립 SARS-CoV-2 균주 감시(NS3) 시스템을 주도
NS3 프로그램은 COVID-19 원인 바이러스인 SARS-CoV-2의 유전적 다양성에 대한 정보를 수집, 분석 및 공유합니다. 이 프로그램은 바이러스 진화를 추적하고 진단법, 치료법 또는 백신의 성과에 영향을 미칠 수 있는 새로운 변종 또는 SARS-CoV-2의 전염성 또는 COVID-19의 중증도에 영향을 미치는 새로운 변종을 식별할 수 있도록 미국에 포괄적인 인구 기반 감시 시스템을 제공합니다. NS3의 주목할 만한 강점은 미국 전역에서 정기적으로 표본을 수집하여 변종 특성 분석 노력을 지원하고 이를 통해 공중보건 의사결정을 지원하는 중요 데이터를 제공한다는 것입니다.
CDC는 대표적인 바이러스의 시퀀싱 및 추가 특성 분석을 위해 주 및 지역 공중보건 기관과의 파트너십을 통해 매주 모든 주 및 관할구역에 최대 750개의 총 표본을 요청합니다. NS3 프로그램에는 세 가지 주요 목표가 있습니다.
- 국가 차원의 바이러스 모니터링: 미국의 공중보건 실험실들은 시시각각 인구 사이에서 퍼지고 있는 바이러스들에 대한 연방의 시퀀싱, 유전자 분석 및 표현형적 특성 분석 노력을 지원하기 위해 대표적인 SARS-CoV-2 양성 임상 표본을 매주 또는 격주로 CDC에 보냅니다. 또한, 이 프로그램은 공공 SARS-CoV-2 염기서열 데이터 및 표본 저장소도 지원합니다.
- 감시 강화: SARS-CoV-2의 출현 이후 인간과 동물에서 전파 및 진화를 거치며 발생한 SARS-CoV-2 게놈의 변화가 국가 및 글로벌 시퀀싱 활동을 통해 확인되어 왔습니다. 이러한 유전적 변화는 전염성, 질병 중증도, 진단법, 치료법, 백신을 포함하여 공중보건의 여러 측면에 영향을 미칠 수 있습니다. 강화된 NS3 감시의 일환으로 CDC는 관심 대상 변종, 우려 대상 변종, 기타 지정된 바이러스 분류 또는 백신 돌파감염 사례를 조사하기 위해 공중보건 실험실에 추가 표본을 요청할 수 있습니다.
- 바이러스 특성 분석: 게놈 분석에 기반하여, 미국 공중보건 실험실에서 제공한 양성 표본으로부터 SARS-CoV-2 변종이 분리됩니다. 현재 사용 중인 백신, 치료법, 진단법에 미치는 잠재적 영향과 공중보건에 제기하는 전반적인 위험을 이해하기 위해 CDC 실험실에서는 이렇게 분리된 바이러스를 평가합니다.
실험실들이 시퀀싱 용량을 확장함에 따라 CDC도 공공 저장소에 시퀀스 데이터를 효율적으로 제출할 수 있도록 추가 기술 인프라 및 워크플로우의 개선과 구축을 위해 노력하고 있습니다. 공공 저장소에는 과학자들이 분석에 포함시킬 수 있는 공개적으로 액세스 가능한 염기서열 데이터가 저장됩니다. 차세대 시퀀싱은 실험실 및 생물정보학 워크플로우를 모두 포함하는 다단계 프로세스입니다. CDC에서 표본을 수령한 후 시퀀스를 조립하여 공공 데이터베이스에 제출할 준비를 마칠 때까지 소요되는 시간은 약 10일입니다. 주, 지역, 학계 및 민간 파트너에도 유사한 일정이 적용되는 경우가 많습니다.
CDC와 주/지역 공중보건 실험실에서 생성한 유전자 염기서열 데이터는 국립생물공학정보센터external icon(NCBI)와 국제조류인플루엔자정보공유기구external icon(GISAIDexternal icon)가 관리하는 일반 공개 데이터베이스에 제출됩니다. 미국 전역의 감시 활동을 통합하면 공중보건 의사결정을 지원하는 시퀀싱 역량, 전문지식 및 데이터를 극대화할 수 있습니다.
민간 진단 실험실과 제휴
NS3 프로그램 외에도 CDC는 미국 전역의 표본을 시퀀싱하기 위해 대규모 민영 진단 연구소와 계약을 체결했습니다. 이 계약을 통해 전국의 SARS-CoV-2 염기서열 데이터에 일관되게 액세스함으로써 기존 공중보건 시퀀싱 활동을 보완합니다.
대학과 협력
CDC는 공중보건 기관과 협력하여 게놈 감시 연구를 수행하기 위해 29개 대학에 자금을 지원했습니다. 이 연구들은 미국 전역의 다양한 지역에서 바이러스 유전체학 및 분자역학에 대한 더 깊은 통찰력을 제공합니다. 이러한 통찰력에는 다음이 포함됩니다.
- 게놈 감시 및 집단발병 조사
- 백신 돌파감염
- 환자 결과 및 중증 질환의 위험 인자
- 학교 및 고등교육기관 내 또는 주변의 전파
이러한 협력은 포괄적인 공중보건 인프라의 필수 구성요소인 전국의 생물정보학 및 시퀀싱 역량을 기반으로 할 뿐만 아니라, 이러한 역량을 더욱 발전시킵니다.
주, 자치지역, 지방, 부족의 보건부 지원
2014년부터 CDC의 고급 분자 검출 프로그램은 미국 공중보건 시스템으로 차세대 시퀀싱 및 생물정보학 역량을 통합해 왔습니다. 여러 주 및 지역 보건부는 COVID-19 팬데믹에 대한 대응책의 일환으로 게놈 시퀀싱을 사용합니다. 공중보건 부서에서 시퀀싱을 수행하면 지역 역학 및 감염 상황을 더 정확하게 이해하는 데 도움이 될 수 있으며, 이러한 데이터는 의료 시설과 같은 다양한 환경에서 질병 집단발생을 조사하는 데 도움이 될 수 있습니다. 주 및 연방 공중보건 부서는 지역 조사를 지원하고, 연구를 수행하며, 공공 데이터베이스에 게놈 데이터를 공개하고 있습니다. 이러한 노력을 더욱 지원하기 위해 COVID-19 팬데믹이 시작된 이래 2천5천만 달러 이상의 자금이 공중보건 부서에 투입되었습니다.
공중보건 비상 대응, 역학, 감시를 위한 SARS-CoV-2 염기서열 분석(SPHERES) 컨소시엄 인솔
COVID-19 팬데믹 초기부터 CDC는 SPHERES로 알려진, SARS-CoV-2를 시퀀싱하는 실험실들의 전국 컨소시엄을 이끌었습니다. SPHERES 컨소시엄은 250개 이상의 기관으로 구성되어 있고 학계 센터, 산업, 비정부 조직, 공중보건 기관을 포함하여 미국 전역에서 거의 1,200명에 달하는 과학자들이 참여하고 있습니다.
지원 활동:
- 전국적으로 시퀀싱 및 데이터 분석을 조정합니다.
- 협업을 지원하고 일관된 데이터 표준, 프로토콜 및 모범 사례 사용을 장려합니다.
- 생성된 게놈 데이터가 최고 품질인지 확인하고 공중보건 및 광범위한 연구 커뮤니티에 최대한의 영향을 제공합니다.
유전체 감시가 공중보건에 중요한 이유는 무엇입니까?
포괄적인 SARS-CoV-2 유전체 감시 시스템이 중요합니다.
- 바이러스에서 발생하는 돌연변이(염기 치환)는 지속적인 바이러스 확산과 함께 축적됩니다. 이러한 돌연변이는 다른 속성을 가질 수 있는 변종을 생성합니다. 게놈 감시를 수행하면 유행하는 변종을 식별하고 공중보건 대응 활동을 신속하게 조정할 수 있습니다.
- 정기적으로 업데이트되는 변종 감시를 기반으로 검사, 치료 및 백신 접종 프로그램을 개선할 수 있습니다. 필요한 경우, 향후 백신 업데이트도 포함됩니다.
- 전염력이 더 강하거나 더 심각한 질환을 유발하는 변종을 탐지하면 집단발병 대비 상태, 예방 노력을 지원하고 공중보건 대응을 강화할 수 있습니다.
바이러스 특성 분석
CDC는 사용 가능한 게놈 시퀀스 데이터를 분석하고 매주 업데이트를 제공합니다.
- 공개된 SARS-CoV-2 시퀀스
- SARS-CoV-2 변종 비율
- 치료 우려 치환이 있는 SARS-CoV-2 변종의 비율
이러한 분석을 통해 추가 특성 분석을 수행할 대표적 바이러스의 하위 집합이 선택되고 우선화됩니다. 바이러스 특성 분석 활동에는 이전 감염 또는 백신 접종으로 생성된 항체의 순환 바이러스 중화 능력, 승인된 치료법에 대한 바이러스의 감수성, 바이러스 전염력 및 발병기전을 평가하기 위한 실험실 연구가 포함될 수 있습니다. 분리된 바이러스는 BEI Resourcesexternal icon를 통해 공중보건, 학계, 연방 및 민간 파트너와 공유됩니다.