浅谈生物信息学在病原生物学中的应用.docxVIP

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浅谈生物信息学在病原生物学中的应用

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【摘要】随着信息技术的飞速发展，生物信息学技术已经广泛运用于病原生物学研究的各个领域，本文概述了生物信息学在病原生物的鉴定、致病机制、疾病诊断、药物研究和疫苗研发方面的应用。【关键词】生物信息学；病原生物学随着基因组、蛋白质组数据库的完善，生物信息学运用于医学研究的各个领域成为一种必然趋势。在病原生物研究的各个方面，从病原生物鉴定、致病机制阐明，到疾病诊断、药物和疫苗研发，生物信息学技术都发挥着巨大的作用。1、生物信息学在病原生物鉴定中的应用1.1在细菌鉴定中的应用细菌鉴定方法主要有表型鉴定法和分子遗传学鉴定法两大类。随着生物信息学的发展，产生了一种分辨率很高的基因序列分析技术－多位点序列分析分型，这种通过ＤＮＡ测序鉴定方法已经被证明比传统的生化分型和表型分型方法更加准确、快捷。

1.2在病毒鉴定中的应用基因组条形码技术是利用生物体ＤＮＡ中一段保守片段对物种进行快速、准确鉴定的一种新兴技术。魏成国等，在麻疹病毒和肠道病毒鉴定分型的研究中，采用贝叶斯－马科夫链的分子进化方法对测序麻疹病毒Ｎ基因进行分子进化分析，使用MEGA、RDP３软件分析Ｎ基因数据集，并运用基于基因组信息挖掘的基因组条形码技术对肠道病毒进行鉴定和分类，最终阐明了麻疹病毒基因型之间的关系、估算出麻疹病毒的突变率，证明基因组条形码能够对各种病毒进行分类，能反映出传统基于单基因序列无法表现的信息，是一种新型、可靠的人类肠道病毒鉴定分型技术。

2在疾病诊断与药物研发中的应用2.1疾病诊断基因表达谱芯片作为生物信息学的重要技术，具有高通量和快速测量等优点，已成为筛选差异表达相关基因的有效手段。胡昇等在应用生物信息学技术筛选慢性乙型肝炎血液相关基因的研究中，运用基因芯片数据分析软件BPB－ArrayTools对数据进行分析，并利用GATHER、STRING、Cytoscape等工具对差异基因进行生物学分析和相互作用图谱分析，成功筛选出11个慢性乙型肝炎异常表达的结点基因、６个与差异表达基因密切联系的蛋白质，这对乙型肝炎的诊断和药物研究具有指导意义。Thompson等用生物信息学应用软件（P-CASSIFIER，SignalP3.0，Phobius和BOMP）来预测类鼻疽杆菌表面相关蛋白和分泌蛋白，发现了３个外膜蛋白是研发诊断试剂的候选靶点，证明了以病原生物全基因组为基础的“反向诊断”方法有助于开发出新的诊断试剂。2.2药物研发生物信息学在药物研发方面的应用主要有：一是运用生物信息学技术发掘新的药物靶点；二是利用计算机虚拟筛选技术对药物进行高效率的筛选；三是对药物作用机制的阐明和临床用药效果的评估产生指导作用。抗菌肽是一类广泛存在于自然界生物体中的小肽类物质，它是机体先天性免疫系统的重要组成部分。Khosravian等利用伪氨基酸组成模型（pseu－do－aminoacidcomposition，PseAAC）和支持向量机（SupportVrctorＭachine，SVM）来预测抗菌肽，并用抗菌肽数据库、AMP数据库和聚类数据库等来分析数据，结果证实PseAAC和SVM是一种非常成功的预测抗原肽的方法。Barrera等在分析真菌蛋白质结构域来寻找新的抗真菌靶点过程中，先从蛋白质数据库集中获得真菌完整的蛋白质组，分析了137个真菌蛋白质组（对应111个物种），再从蛋白质家族结构域数据库获得结构域信息，使用基因本体数据库来对结构域进行功能注释，最后用ＭｙＳＱＬ关系型数据库管理系统来储存蛋白质序列和结构域信息、用Ｒ软件来进行数据统计和作图，发现有５种蛋白质是潜在的抗真菌药物靶点，这对发现新的抗真菌药物靶点有重要意义。3新型疫苗的研发疫苗是医学史上最重大的发现之一，疫苗的研究对疾病的预防极为关键，而生物信息学在新型疫苗的研究中意义颇深。在流感疫苗研究中由于人类甲型流感病毒的抗原易发生变异，疫苗株的定期更换显得尤为重要。Steinbruck等。使用计算机技术对甲型Ｈ３Ｎ２流感病毒的疫苗株进行预测，开发了一个数据驱动框架，并基于检测抗原的特性和毒株的增殖率来分析抗原和基因组序列，推理“抗原树”，从而预测甲型流感病毒的流行疫苗株。运用该技术有助于根据季节流行的病毒株来生产与之匹配的疫苗株，最终能增强疫苗的功效，降低甲型Ｈ3Ｎ2流感的发病率和病死率。目前认为治愈和消除血吸虫病的最好方法是药物治疗和疫苗接种。日本血吸虫的体被是其与宿主相互作用的主要界面，对日本血吸虫的生长发育具有非常重要的作用，而分布于体被上的表膜蛋白是研发疫苗和药物的理想靶标。Chen等在运用免疫蛋白质组学和生物信息学方法来分析日本血吸虫的表膜蛋白的研究中，使用高通量蛋白质微阵列