计算机辅助的生物工艺学-生物化学与分子生物学.ppt

Computer-aided biotechnology:from immuno-informatics to reverse vaccinology 计算机辅助的生物工艺学：从免疫信息学到反向疫苗学 Abstract 包括人类在内的许多生物体基因测序已经完成，并且，高通 量分析正广泛的用于分析庞大的生物组学数据。生物信息学 对这些数据的处理及分析是至关重要的，而且，生物信息学 也不断的促进了大规模的功能分析及特异对象的功能分析。 精确的运算法则，使得生物科技人员可根据具有高置信度预 测的计算机辅助策略开展实验。为了解决一些复杂的问题。 在免疫信息学及反向疫苗学中，目前主要致力于改进,调整试 验流程以及简便，自动化的生物信息学。对计算机辅助的生 物工艺学发展趋势：预测性的研究将逐步的取代那些耗时， 昂贵的试验流程。 Introduction 一、从功能性的生物信息学到计算机辅助的生物工艺学： 早期的in silico分析的开发，缩短了实验时间并形成了随后的“湿实验”的研 究趋势，每个分类学中家系的新的基因组序列及功能注解数据，使得研究 者能够根据大量的数据集得到研究对象之间的相互关系，并能够研发出更 加可靠的分析及预测工具。 多同源序列的比对 鉴定结构、功能信号 信号的综合数据集 扫描工具的综合数据集 蛋白结构域轮廓 催化部位的蛋白基序 形成“从序列到功能”试验流程 配体结合部位 蛋白分选信号等 扫描工具可根据已知序列的信号， 推断目的序列可能的功能及调节机制 生物信息学革命预示着计算机辅助的生物工艺学的诞生 二、计算机辅助的生物工艺学举例：免疫信息学 生物信息学方法表明功能信息已经对分子免疫学产生了巨大的影响，并 使得这一领域的研究者在考虑生物学及生物工艺学问题时，倾向于综合 性的考虑：in silico及实验证据两者综合性的考虑来研究问题。 为了处理实验证据的差异性，免疫信息学综合了生物信息学的各种领域： 数据库的创建，管理；结构和功能信号的精确度及利用，预测工具的发 展及利用。此外，各种运算规则已被用于预测工具的发展。 in silico方法 中的这些功能潜力，已被用于反向疫苗学(RV)。RV代表着免疫学的革 命，以及生物工艺学的里程碑；它也阐明了怎样通过鉴别，研究，in silico中在一定合理度上综合考虑一些问题，来解决一个复杂的生物学问 题，譬如：疫苗的设计。 数据库及预测工具 一、免疫反应的分子基础---免疫原性 区分体液免疫和细胞免疫有助于免疫原性的分类： 体液免疫：抗体介导 细胞免疫：主要组织相容性复合体MHCs和T细胞受体TCRs间的相互 作用中，蛋白聚合的复杂系统(Figure 1). TCRs表现出较大范围的选择性和亲和力 病菌抗原 TCRs结合其他细胞表面的MHCs。 吞噬细胞处理，抗原形成肽段 肽段呈递到细胞表面，与MHCs结合 MHCs，肽段，TCRs三元复合体(细胞免疫应答的关键 ) 抗原的识别：可通过抗体识别整个分子 可通过T细胞识别一个或多个肽段。 二、免疫反应相关的抗原鉴定 蛋白质 1.获得有效疫苗的起始步骤就是辨别最佳的保护性抗原 多聚糖胶囊 多聚糖胶囊：病原菌的培养及分子变异的出现，很难有效的维持疫苗的药效 因此，主要的研究集中在：鉴别，测试蛋白抗原 2.蛋白抗原 ： ①.传统的研究是筛选病人的抗体 ②.病原菌完整基因组序列的获得，以及大量的新的生物信息学工具开启了抗原 鉴定的新途