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马克N Wass*杰里米·罗斯曼马丁·迈克利斯*
英国坎特伯雷肯特大学生物科学学院分子加工中心*通讯作者:马丁·米切里斯,英国坎特伯雷肯特大学生物科学学院分子加工中心,E-mail: M.Michaelis@kent.ac.uk
马克·N·沃斯,肯特大学分子加工中心和生物科学学院,坎特伯雷CT2 7NJ,英国,E-mail: M.N.Wass@kent.ac.uk
最近在西非爆发的埃博拉疫情告诉我们,埃博拉病毒可以导致更大的疫情爆发,并对健康构成比我们许多人所认为(或想要相信)更大的威胁。截至30日th3月,疫情已导致28646例确诊病例和11323例死亡。尽管世卫组织表示,西非的埃博拉疫情不再是国际关注的突发公共卫生事件,因为几内亚、利比里亚和塞拉利昂现在有能力控制和维持进一步的小规模疫情,但疫情仍在爆发,最近一次是在4日th4月,利比里亚报告了两起新病例(www.who.int)。
我们对埃博拉病毒生物学的了解仍然有限。造成这种情况的一个主要原因是,埃博拉病毒是4级安全病原体,适当的控制级别实验室数量非常有限。计算研究被建议作为一种策略,以增加埃博拉病毒的研究,并补充湿实验室、临床和流行病学研究。国际计算生物学协会(ISCB)对此表示认可,并设立了埃博拉[1]计算生物学研究奖。
有意义的计算研究的性能取决于分析所需的足够数据的可用性。事实上,对当前西非埃博拉疫情分离株的分析导致了测序数据的急剧增加[2-8],使计算研究成为可能。
许多计算研究已经利用了这些数据,以获得对埃博拉病毒生物学的新见解。两项研究使用类似的生物信息学方法来识别潜在的微RNA[9,10]。此外,两项研究确定了特定特征作为潜在的疫苗、诊断或治疗靶点[11,12].现在需要湿实验室实验来验证这些计算预测。
最近的两项研究特别强调了计算实验室和湿法实验室之间密切互动的必要性,这两项研究调查了人类致病性的差异Ebolavirus物种。这两项研究采用了相似的方法,但得出了不同的结果[13,14]。两项研究都比较了四种人类致病菌的基因组Ebolavirus扎伊尔埃博拉病毒(型病毒:埃博拉病毒)苏丹埃博拉病毒(类型病毒:苏丹病毒)本迪布焦ebolavirus(类型病毒:本迪布焦病毒)和大森林ebolavirus(类型病毒:泰森林病毒)到莱斯顿病毒(莱斯顿种)的可用基因组ebolavirus)[13,14],在灵长类动物中引起疾病,但在人类中没有[15]。
为了识别可能导致人类致病性差异的变异,Cong等人[13]在人类致病性埃博拉病毒和莱斯顿病毒之间的埃博拉病毒蛋白中确定了不同保守的位置。他们可以将215个不同保守位置中的43个映射到埃博拉病毒的结构或模型上。这一信息结合了对人类和灵长类宿主细胞蛋白差异的分析,已知这些蛋白与埃博拉病毒蛋白相互作用。作者发现埃博拉病毒VP24蛋白的差异可能会影响VP24和KPNA5的相互作用,进而影响VP24介导的STAT1激活和干扰素信号的抑制。然而,他们得出结论,VP24、VP30和VP40的差异不太可能是造成人类致病性差异的原因,因为与这些病毒蛋白相互作用的宿主蛋白非常相似。GP与VP35的宿主相互作用伙伴表现出更大的变异性,Cong et al.[13]由此提示GP C端区域的一组差异保守残基与VP35的一组变化可能导致了二者在人类致病性上的差异Ebolavirus物种。
在第二项研究中,我们确定了特异性决定位置(SDPs)[16],以确定人类致病性埃博拉病毒和莱斯顿病毒序列之间差异保守的位置[14]。189个SDP中有47个可以建模到蛋白质结构或模型上(使用Phyre2生成[17,18]),从而产生8个可能改变蛋白质稳定性(2)或蛋白质-蛋白质相互作用(6)[14]。其中四个SDP发生在VP24中,其中三个位于VP24-KPNA5结合位点。VP24-KPNA5结合位点的三种SDP与埃博拉病毒VP24残基的比较,已知突变后VP24与KPNA5结合减少,进而削弱埃博拉病毒VP24抑制干扰素信号的能力,表明莱斯顿病毒VP24在对抗人类细胞干扰素应答方面不如埃博拉病毒VP24有效。如果这种解释是正确的,VP24中的少量突变可能导致人类致病性莱斯顿病毒。因此,我们的预测与Cong等人[13,14]的预测大不相同。
总之,计算研究可以为安全级别4的病原体(如埃博拉病毒)的生物学提供新的见解,对于这种病毒,湿实验室研究仅限于少数几个高安全型实验室。然而,要实现他们的全部潜在计算方法,需要与湿实验室研究人员交换。只有当湿实验室的科学家在计划他们的实验并报告他们的发现时考虑到计算预测,计算研究人员才能在迭代方法中提高他们方法的预测能力和准确性。这是否会发生取决于双方的开放、宽容、耐心、好奇心和准备离开舒适区。然而,我们相信,这是值得努力的,因为它将使我们作为研究界最佳地利用所有可用资源。
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引用:Wass MN, Rossman JS, Michaelis M(2016)埃博拉疫情凸显了干湿实验室合作的必要性。急诊疾病病毒2(3):doi http://dx.doi.org/10.16966/2473-1846.e102
版权:©2016 Wass MN等。这是一篇根据知识共享署名许可证条款发行的开放获取文章,允许在任何媒体中不受限制地使用、发行和复制,前提是原始作者和来源均已获得授权。
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