Computer Reveal Grippeviren mit engen Verbindungen zu Pandemie von 2009

    Wissenschaftler mit neuen mathematischen und computergestützten Techniken sechs identifiziert Grippe A -Viren, die besonders enge genetische Beziehung zu dem haben H1N1 "Schweine " Grippe Virus, der durch die Vereinigten Staaten ab dem Frühjahr 2009 Das Virus schließlich weltweit fast 18.000 Menschen getötet gefegt.

    Biologische Studien zu diesen Stämmen von Influenza-Virus konzentriert könnte Licht auf, wie die 2009 -Pandemie Influenza-Stamm entstanden Schuppen, Unterstützung bei den Bemühungen um eine weitere Pandemie zu verhindern , sagen die Forscher.

    Fünf dieser Viren wurden isoliert von Schweinen und die sechste hatte einen Menschen , der mit Schweinen gearbeitet infiziert.

    Die Forscher kamen in dieser Stämme unter Verwendung von leistungsfähigen Computern , die Beziehungen zwischen den Genomen von mehr als 5.000 Stämme von Influenza A , die sich über mehrere Jahrzehnte isoliert worden und sequenziert kurzem analysieren. Anstatt mit dem konventionellen Ansatz für den Bau Stammbäumen , die Organismen " hypothetischen Vorfahren zu veranschaulichen , stellen die Wissenschaftler ein Netzwerk , die Wege, die von zuvor beobachteten Viren zu zeitgenössischen Viren eingefangen.

    Biologen seit Jahren einen Baum verwendet werden, um zu verfolgen , wie Viren verändern im Laufe der Zeit durch Mutationen unterzogen , von denen einige es ihnen ermöglichen, Angriffe des Immunsystems oder Drogen zu widerstehen, springen von Host zu Host und halten zu überleben . Aber Viren auch genetisches Material austauschen Zeitgenossen , am häufigsten , wenn zwei oder mehr Stämme infizieren den gleichen Host . Dieser Vorgang wird als Reassortierung , und das computerbasierte Netzwerkmodell ist ein neuartiger Weg, um zu sehen, wie das alles passiert in Influenza im Laufe der Zeit .

    "Es ist nicht anders als ein soziales Netzwerk , es sei denn , dass es ein Tracking- Austausch von genetischem Material statt Geschwätz ", sagte Daniel Janies , Associate Professor für Biomedizinische Informatik an der Ohio State University und Co-Autor der Studie. " Dieses Netzwerk gibt uns eine explizite historischen und molekularen Karte , wie Influenza-A- Viren aus verschiedenen Vorfahren heutigen Viren entwickelt. "

    Janies führte die Arbeit mit der Ohio State Mitautoren Shahid Bokhari , Forschungsprofessor der biomedizinischen Informatik und Laura Pomeroy , Postdoktorand in der Tierpräventivmedizin .

    Die Forschung wird online in der Zeitschrift IEEE Transactions on veröffentlicht Computational Biology and Bioinformatics .

    Die Wissenschaftler erhalten Daten über alle vollständig sequenziert Influenza-A- Viren in einem National Institutes of Health -Datenbank zur Verfügung , wie der 15. Oktober 2009 gab es 5.016 Viren in allem mit Isolaten aus so weit zurück wie 1931 .

    Sie dann verwendet werden Supercomputer , um eine Datenbank umreißt die Unterschiede und Gemeinsamkeiten in den Genomen unter all diesen Stämmen zu schaffen , kommen mit rund 100 Millionen Möglichkeiten, die Genome von einander unterschieden . Schließlich mit dem hochspezialisierten Cray XMT Supercomputer am Pacific Northwest National Laboratory , die durch ihre eigenen Algorithmen geführt wurde , aufgewühlt die Ohio State Wissenschaftler ein Netzwerk, das effizient verfolgt , wie all diese Influenza-A- Viren sind miteinander verwandt und welche über Pfade das Netzwerk führte zu der 2009 -Pandemie H1N1 .

    Die Entdeckung häufig reiste Pfade im Netzwerk half den Forschern zu identifizieren , was sie die "Flaschenhals" Viren genannt - die sechs Stämme von Grippe am engsten mit der Pandemie H1N1-Grippe , die im Jahr 2009 entstanden zusammen.

    " Diese Viren nur tauchte bei uns", sagte Bokhari . " Wir haben festgestellt , dass 3600 von fast 4.000 Pfade zu Pandemie H1N1 wurden durch diese sechs Engpässe . Das warf eine rote Fahne und die Weitergabe ist etwas Ungewöhnliches an diesen sechs .

    " Diese Engpässe sind die Schuldigen , nur wenige Schritte von der Virus entfernt , die die Pandemie bei Menschen verursacht . Biologen sind aufgefordert, bei diesen Viren suchen , um festzustellen , was zugrunde liegt die Entstehung von Tierkrankheiten beim Menschen. "

    Vier der Engpass Viren waren H1N2 -Stämme von Schweinen in China und Hongkong isoliert zwischen 2005 und 2007 zwei H1N1 -Stämme wurden in Kansas isoliert , in ein Schwein im Jahr 2007 und in Iowa, in einem Menschen , der mit Schweine im Jahr 2005 arbeitete .

    Alle diese Viren mit einer in Hongkong ansässigen H1N1-Stamm im Jahr 2009 getrennt , bevor die Pandemie-Stamm neu angeordneten entstanden.

    Reassortment bezieht sich auf einen Austausch von genetischem Material von beiden Organismen . Wenn Viren infizieren eine Vielzahl , landen sie auf einer Zelloberfläche und geben ihre DNA in die Zelle. Dieser entführt effektiv interne Replikationsmaschinerie der Zelle und zwingt die Zelle, um eine neue Version des Virus nicht eine Kopie von sich selbst zu machen. Wenn zwei oder mehr Viren infizieren die gleiche Zelle, und die DNA-Segmente in der Zelle gemischt werden, oder neu angeordneten , und die Zelle wird in die Schaffung eines gänzlich neuen Virus, das genetisches Material von dem originalen Satz von Viren enthält listet .

    " Neusortierung ist eine weitere Möglichkeit für die Viren , um unser Immunsystem zu entgehen ", sagte Janies . "Sie mischen die Karten , und es gibt nur wenige Kontrollen darauf . Das ist schlampig Prozess vielleicht ein Vorteil für die Viren. Die Gene umgruppieren in einem neuen Virus , um zum nächsten Schwein, oder eine Person , um zu überleben . "

    Diese Netzwerk-Ansatz für die Untersuchung der Evolutionsgeschichte von Organismen, die Gene austauschen können , um andere Arten solange die genomische Daten vorliegen angewendet werden , bekannt Bokhari . Die Forscher hoffen , um das Modell weiter zu verwenden, um zu untersuchen, wie Bakterien werden resistent gegen Antibiotika oder werden sehr pathogen.

    "Bakterien wird genetisches Material austauschen , und das Material ist oft etwas, das Giftstoffe oder Gene kodiert für die Resistenz gegen ein bestimmtes Antibiotikum. Der gleiche Ansatz wird in diesem Zusammenhang verwendet werden, um herauszufinden, wo Bakterien, wie solche, die vor kurzem in Europa entstanden, abholen bis diese Veränderungen ", sagte er .

    Diese Arbeit wurde von der Pacific Northwest National Laboratory, Ohio Supercomputer Center und dem US Army Research Laboratory und Office unterstützt.

    Quelle:
    Daniel Janies
    Ohio State University