H5N1血凝素蛋白切割位点的序列研究

血凝素(hemagglutinin, HA)能否被切割成HA1和HA2是决定禽流感病毒高致病性的重要因素. 分析切割位点的序列, 研究其进化规律可以让我们更深入地了解H5N1的高致病性. 本研究先通过元胞自动机的方法将HA的基因序列转化为图形, 并在图上找到了一段H5N1亚型仅有的特征基因片段. 这个特征基因片段包含30个碱基, 主要由A和G组成, 其对应的氨基酸主要是带正电荷的碱性氨基酸. 这个特征氨基酸片段正好处于HA的酶切位点上. 通过3D结构的同源模拟, 发现H5N1 HA蛋白的切割位点较为暴露, 非常有利于各种酶对其进行剪切. 本研究还构建了切割位点的分子表面, 以进一步分析可能的氨基酸突变将如何影响表面的电荷分布. 结果表明, 某些突变较大地改变了电荷的表面分布, 可能使病毒失去高致病性. H5N1特征氨基酸片段突变情况的统计表明, 在时间上, 2005年突变案例的比例比前几年上升了许多; 而在地域上, 中国大陆的突变病毒案例占了绝大比例. 这些结果都有助于我们研究病毒高致病力的进化情况.     

基于语义路径覆盖的Gene Ontology术语间语义相似性度量方法

进行GO(gene ontology)语义相似性度量是解决生物学数据集成中语义异构问题的重要方法. 传统方法主要是基于距离的度量和基于信息量的度量.文中提出了一种基于语义路径覆盖的度量方法，并实现了其中Combine算法.该算法首先计算出每个节点的信息量，然后分别计算两个节点的语义路径的交的节点信息量之和以及这两个节点语义路径的并的节点信息量之和，将这两者之间的比率作为相似性度量值.实验结果表明该算法具有较高的相关系数.     

一种利用RT-PCR特异扩增甲型流感病毒HA基因多变区片段并测序确定分型的方法

针对甲型流感病毒HA基因的H1, H2, H3, H5, H7和H9亚型的序列特征, 设计专用PCR引物, 通过RT-PCR特异扩增相应片段并测定序列, 可以准确地区分H1和H3感染人类的流感病毒及其亚型. 这种基于流感病毒核酸序列测定的特异性检测方法, 不仅可以用于新型甲型H1N1病毒的快速确诊和分型, 并且还可推广应用于今后其他流感病毒或具有爆发潜力的新型流感病毒的监测.     

图形聚类算法的代谢网络模块化分析

代谢网络的研究是当今生物学研究中的新热点,使用图形聚类算法对代谢网络进行分析研究是一个有力的手段.文中提出了用图形聚类方法挖掘复杂代谢网络中蕴含的功能信息并进行模块相似性分析的方法,从系统生物学角度揭示光合作用的进化.介绍了马尔可夫聚类算法和模拟退火聚类算法两种图形聚类方法;给出了两种方法对叶绿体和蓝细菌的代谢网络进行聚类的结果;定义了模块相似度评价指标,挖掘叶绿体和蓝细菌间保守的功能模块,并对其网络结构进行了比较分析.     

FluxExplorer:一个通用的基于化学计量矩阵的代谢网络建模和分析平台

近年来基于化学计量矩阵的生物代谢网络分析在系统生物学研究领域备受关注. 为该领域的研究者开发更加方便和友好的硅上模拟平台已成为一项重要工作. 这种平台应提供图形化的操作方式, 整合强大的分析模块, 帮助生物学研究者更深入地理解代谢系统的特性和行为. 基于这种需求, 我们开发了一个免费共享的计算机模拟平台FluxExplorer. 它整合了多种基于化学计量矩阵的分析方法, 如流平衡分析 (flux balance analysis, FBA)等. 这些分析方法可对代谢网络的各种特性进行全面而深入的刻画. 在该平台上, 用户只需通过简单的图形化建模过程, 就能直观构建并分析自己的目标网络. 同时, 该平台能自动地查找模型中不符合建模规则的结点, 以便用户修改. 此外, 该平台支持系统生物学建模语言 (systems biology markup language, SBML). 利用该平台成功地构建了哺乳动物线粒体的代谢网络, 并得到了一些有生物学意义的模拟结果. 可以说, 该平台是一个分析功能强大且使用方便的代谢网络模拟工具.     

基于pathway谱对药物重定位的探讨

新药开发一直面临着高投入低产出的困境.药物重定位(drug repositioning)是解决这一问题的有效方法,因而成为现今药物研究的热点之一.目前流行的方法主要是基于药物小分子的相似性或关联性(化学结构、副作用、表达谱和小分子-蛋白作用关系等),预测药物的新功能.由于仅仅依赖药物-药物之间的关系,这些新功能限制在现有药物的功能空间之内.本研究中提出一种以疾病为导向,基于pathway谱的药物-疾病关联性评估方法来预测药物的新功能.考虑到药物在临床应用中除了作用于预先设定的主要治疗靶点以外,还能作用于其他一些额外的靶点,而这往往是产生副作用或是新的治疗功能的原因.该方法充分利用药物的已有靶点信息,认为药物通过作用于多条疾病相关蛋白影响的pathway,达到调节疾病的病理过程的目的.以2010年全球最热销的8个药做测试,美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准的主治功能排在前10的位置,超过60%的预测功能可以得到文献的直接支持.它可以作为以往方法的有效补充,为药物的重定位以及毒副作用评估提供一种新的视角.     

受磷蛋白的空间结构及其分子动力学模拟

受磷蛋白通过可逆的磷酸化来调控肌浆网钙泵活性, 它在生物体中的空间结构一直是一个受关注的焦点. 本文通过总结受磷蛋白空间结构的研究进展, 利用分子动力学方法对其空间结构进行了系统的模拟和研究. 我们将核磁共振所得到的风铃草结构单链的前22个残基取出, 并且分别保持原始结构; 而对第16位进行磷酸化, 第9位进行单点突变, 从而得到3个不同的肽段. 通过在水环境中进行10 ns的分子动力学模拟, 我们发现原始结构的第3~15个残基很好地保持了螺旋结构, 而第16位残基的磷酸化和第9位残基的突变会减少周围残基呈现螺旋状态的几率, 这与一些具体实验中的结论一致. 这一变化也可能是降低受磷蛋白对肌浆网钙泵活性抑制作用的原因.     

GenCenter:一个基因综合信息数据集成系统

GenCenter集成了已被实验验证以及功能已经明确了的基因信息,增加了基因相关的核酸序列、蛋白质结构、专利以及与该基因相关的疾病、药物与文献等信息.描述了GenCenter的体系结构、数据库构成、关键技术、功能.     

基于分子指纹相似性的药物-药物网络

根据分子指纹相似性构建了FDA批准的小分子药物的药物-药物网络,结合药物ATC分类系统中定义的药物治疗功能信息,提出了一种基于网络的药物功能预测方法。预测了1 277个药物-治疗功能关系对,其中有59.44%得到了文献的证实;337个已知ATC分类的药物(占ATC药物的55.89%)的预测功能与已知功能相符;那些尚未有文献支持的药物-治疗功能关系对,很可能暗示了药物潜在的新功能。     

甲型H1N1流感病毒HA蛋白结构模建与构象表位分析

最近几个月来, 一种新型流感病毒H1N1在全球流行. 本文运用生物信息技术, 从NCBI发布的新型A H1N1流感病毒基因序列出发, 通过同源模建方法构建了HA蛋白三维结构, 利用自主开发的蛋白抗原空间表位预测程序SEPPA预测了HA蛋白潜在空间表位氨基酸, 并与以往流感病毒HA蛋白潜在构象表位进行了比较. 结果发现HA蛋白中58个氨基酸残基具有较强的免疫原性, 大部分在HA蛋白球状头部表面上聚集成簇, 构成空间抗原表位. 与以往流感病毒HA蛋白潜在空间表位相比, 虽然坐落位置相似, 但新的抗原表位在静电势性质上明显不同于以往流感病毒HA蛋白抗原表位.