基于生物信息学的甲型H1N1流感病毒HA蛋白抗原表位进化规律研究

论文摘要

位于甲型流感病毒表面的HA蛋白的累积突变直接导致了流感病毒抗原性的改变,从而使其能够逃避宿主免疫系统的攻击。由于其持续的抗原性改变以及引发的多次大流行,人们越来越关注于是否可以提前预测到未来主要流行株的表位序列。因此,把握该病毒抗原性进化的轨迹并模拟其抗原性变化的过程是具有重大意义的。本课题根据19182008年间所收集到的1071条宿主为人的H1N1HA蛋白序列,依据宿主选择压力下抗原表位的突变特性构建了H1N1HA蛋白抗原表位预测模型。用1999-2008这10年的病毒序列数据对该模型的预测效果进行验证,结果表明,除极个别位点外,预测列表中前100位的表位序列可包含50%以上的真实病毒表位。接着对2009墨西哥流感随后可能出现的表位突变型做预测,发现除Sb位点外,2009/4/1-2010/9/30期间出现的其他四种真实表位,有50%以上包含在预测结果的前100个表位序列中。本法构建的H1N1HA抗原表位预测模型,也可进行跨流行周期的预测,从现有的流行株病毒抗原性较为准确的推测把握引发下一流行的病毒突变株。这可提高抗原漂变的监控水平,为大流感前的准备工作提供更多的信息。同时对于人群中传播的人感染的猪甲型H1N1流感病毒与人类季节性甲型H1N1流感病毒,分别收集了1918-2009年间17株人感染的猪甲型H1N1毒株以及21株季节性H1N1毒株,通过序列比对,氨基酸残基保守性分析以及3D结构对比等生物信息学方法来揭示造成这两者差异的原因。研究表明两者的抗原表位具有不同的进化速率。另外,受体结合位点的研究也显示这两类病毒RBS区域存在5个氨基酸水平的差异,分别为A138S,Q192K,S193T,Q196H以及A227E。这些研究结果为阐明两类甲型H1N1流感病毒性质差异提供了新的信息,并有助于进一步认识和理解流感病毒与宿主细胞作用及进化机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 甲型流感病毒的国内外研究现状
• 1.2.1 甲型流感病毒的复制和跨宿主传播
• 1.2.2 甲型流感病毒在人群中的流行史
• 1.2.3 甲型流感病毒的变异
• 1.3 甲型流感病毒进化的国内外研究现状
• 1.3.1 抗原图谱和聚集跳跃
• 1.3.2 甲型流感病毒的进化速率
• 1.4 甲型流感病毒H1N1进化的研究现状
• 1.5 人群中流行的两种H1N1流感病毒
• 1.6 课题研究的目的与意义
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 甲型流感病毒抗原性进化的国内外研究进展
• 2.2 HA蛋白序列的收集
• 2.2.1 收集宿主为人的H1N1HA蛋白序列数据集
• 2.2.2 收集2009墨西哥H1N1四个流行周期的血凝素蛋白HA序列数据
• 2.2.3 收集由猪传染到人的H1N1以及人类季节性H1N1HA蛋白数据集
• 2.3 实验分析流程图
• 2.4 两类不同进化途径的H1N1对比分析
• 2.4.1 序列比对及处理
• 2.4.2 HA蛋白三维结构模建
• 2.4.3 HA蛋白抗原表位氨基酸保守性计算与分析
• 2.5 2009年墨西哥H1N1四个时期的进化分析与研究
• 2.5.1 序列比对及处理
• 2.5.2 Blast相似性比对
• 2.5.3 氨基酸序列水平的差异分析
• 第3章 甲型流感病毒H1N1HA蛋白抗原表位预测模型的构建
• 3.1 H1N1 HA蛋白抗原表位预测模型构建流程
• 3.2 HA序列的比对处理
• 3.3 构建系统进化树
• 3.4 计算碱基突变概率矩阵
• 3.5 计算氨基酸突变概率矩阵
• 3.6 对给定的表位序列进行模拟预测
• 3.7 本章小结
• 第4章 宿主为人的H1N1流感病毒HA蛋白潜在抗原表位的预测
• 4.1 甲型H1N1流感病毒HA蛋白抗原性变化
• 4.2 H1N1流感病毒的突变倾向性
• 4.3 同一流行周期H1N1抗原表位的突变预测
• 4.4 跨流行周期的预测结果
• 4.5 预测2009墨西哥H1N1抗原表位可能会发生的突变
• 4.6 本章小结
• 第5章 宿主为人的两类甲型H1N1流感病毒HA蛋白抗原表位及受体结合位点突变特性对比研究
• 5.1 两类病毒的进化分析
• 5.2 H1N1亚型HA蛋白抗原性位点差异分析
• 5.3 两类H1N1病毒HA蛋白功能性位点的差异分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 2009墨西哥H1N1流感四个流行周期氨基酸突变分析
• 第7章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 附录1 构建碱基突变概率矩阵程序
• 附录2 突变表位生成的程序
• 附录3 预测表位与对应时间收集真实表位的比较程序
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文