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建立新的生物信息学方法鉴定流行性乙型脑炎病毒的重要功能位点

建立新的生物信息学方法鉴定流行性乙型脑炎病毒的重要功能位点
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  • 批准号:81371810
  • 批准年度: 2013年
  • 学科分类:病毒、病毒感染与宿主免疫(H1904) |
  • 项目负责人:Simon Rayner
  • 负责人职称:研究员
  • 依托单位:中国科学院武汉病毒研究所
  • 资助金额:70万元
  • 项目类别:面上项目
  • 研究期限:2014年01月01日 至 2017年12月31日
  • 中文关键词: 生物信息学;鉴定;流行性乙型脑炎病毒;重要;位点
  • 英文关键词:Japanese Encephalitis Virus;Data mining;Bioinformatics analysis;Prediction of functional sites

项目摘要

中文摘要

常规的传染性疾病监测措施在掌握疾病的早期流行状况、预防疾病爆发流行,保护人民健康的过程中发挥了重要作用。但是随着人口的频繁流动,自然和社会环境的快速变化,常规的监测措施已经难以对许多新发和再发传染性疾病进行有效控制。本课题将以流行性乙型脑炎病毒为研究对象,一方面整合监测数据、毒株背景信息和蛋白结构等信息,对系统进化树进行结构分析,筛选在病毒生命周期和毒力决定中起关键作用的核苷酸和氨基酸突变位点,分析其在病毒进化中的作用。另一方面整合多重数据源、开发新算法和软件工具,研究深入挖掘病毒基因变异和进化规律的新方法,阐明病毒流行和进化的机制。然后结合实验手段,筛选并验证流行性乙型脑炎病毒序列中的功能性位点。本课题的成功实施,将为流行性乙型脑炎病毒的研究工作提供一个整合的、深入了解病毒感染和传播机制的研究平台,极大地促进流行病学、疫苗开发等方面的工作;同时也为其他病毒性流行病的研究打下良好的基础。

英文摘要

Emerging and infectious diseases represent an ongoing threat to the health and economic well-being of every country. Surveillance programs involving sample isolation and recording clinical data are a common way to investigate the seriousness of these threats and to aid in the development of an effective response. However, one of the challenges facing these programs is how to effectively analyze the data to obtain the maximum amount of information. One of the most common approaches is to screen samples to find isolates that are positive for the virus of interest, followed by sequencing one or more genes in the virus genome. This is followed by phylogenetic analysis to classify the strains according to known reference sequences (such as genotype or serotype). Alternatively, the progression of a disease outbreak may be followed by recording number of cases, along with clinical and background data, and monitoring the change in these quantities over time. One problem with these approaches is they provide little insight into mechanisms of infection or the evolution of the virus; i.e., they tell us how the virus is emerging, but not why. Many other data sources are available that can be integrated into an analysis, or additional methods may be used to identify features of interest (such as motifs within a sequence, or significant changes in the geographical distribution of a virus). However, integrating these additional data sources or software tools can be a challenging task, requiring bioinformatics or programming expertise. Consequently, virologists often resort to performing these tasks semi-manually, which becomes a limiting factor when analyzing large datasets. Another problem is that the datasets are often quite divergent and it is not always apparent how to combine the information. In this project, we propose a method that integrates typical surveillance datasets (i.e. sequence, clinical and epidemiological) and mines them using a novel technique centered around an estimated tree based on the isolate sequences. Using this method, we can filter out random mutations and identify significant or correlated nucleotide and amino acid mutations that are likely to play functional roles in the virus life cycle, and therefore represent good targets for experimental study. Our method is applicable to any virus and will be implemented in such a way to simplify the analysis process so that it can be used by scientists without a bioinformatics or strong computational background. As a demonstration of the technique, we propose to study Japanese Encephalitis Virus, which is responsible for more than 50,000 deaths annually in South Asia and represents a growing problem in China. We will use our method to analyze surveillance data collected from the Chinese Centre for Disease control to generate functional site predictions and then test the validity of these predictions experimentally.

结题摘要

本课题将以流行性乙型脑炎病毒为研究对象,整合监测数据、毒株背景信息和蛋白结构等信息,对系统进化树进行结构分析,筛选在病毒生命周期和毒力决定中起关键作用的核苷酸和氨基酸突变位点,分析其在病毒进化中的作用。整合多重数据源、开发新算法和软件工具,研究深入挖掘病毒基因变异和进化规律的新方法,阐明病毒流行和进化的机制。然后结合实验手段,筛选并验证流行性乙型脑炎病毒序列中的功能性位点。日本脑炎病毒分成五种基因型,基因型I正逐渐取代基因型Ⅲ作为显性基因型。通过收集JEV基因组序列全长和部分全长,以及序列相关的基因型和宿主信息,组成了有873个序列的数据集;然后通过分析氨基酸突变,阳性选择和宿主范围,研究了两种基因型在遗传和流行病学上的差异。我们发现虽然基因I型目前占主导地位。结果表明,可能是JEV基因I型有着更高效的复制循环,从而逐渐取代了基因Ⅲ型病毒,但是基因I型的传播也更受限于宿主范围。本课题研究发现了JEV入侵的一个新的关键因素游离巯基。E蛋白至少一个半胱氨酸以还原形式存在。利用AMS烷基化病毒表面游离巯基显著降低感染力,说明游离巯基在病毒的入侵过程起着重要作用。利用AMS标记以及生物素-马来酰亚胺标记实验在E蛋白中检测到游离巯基。质谱分析进一步表明5个半胱氨酸可能处于还原状态。定量实验表明,AMS烷基化有效抑制病毒吸附,提示游离巯基在病毒与受体结合中的重要作用。蛋白289-314位氨基酸的多肽含有还原形式的Cys304,且能与细胞特异吸附,而AMS烷基化阻断这种吸附,进一步表明Cys304中游离巯基在受体结合中的重要作用。Cys-Ser突变并不影响P304-WT的细胞吸附能力,提示AMS抑制细胞吸附的原因可能是AMS修饰破坏了受体结合所需的特殊构象。总之,本研究首次报道了E蛋白中游离巯基的存在及其在病毒入侵中的作用,为新型疫苗或抗病毒新药的研发提供了新的靶点。

评估说明

    国家自然科学基金项目“建立新的生物信息学方法鉴定流行性乙型脑炎病毒的重要功能位点”发布于爱科学iikx,并永久归类于相关科学基金导航中,仅供广大科研工作者查询、学习、选题参考。国科金是根据国家发展科学技术的方针、政策和规划,以及科学技术发展方向,面向全国资助基础研究和应用研究,发挥着促进我国基础研究源头创新的作用。国科金的真正价值在于它能否为科学进步和社会发展带来积极的影响。

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