非洲猪瘟病毒的进化机制与抗病毒药物预测研究

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非洲猪瘟(African swine fever,ASF)是由非洲猪瘟病毒(African swine fever virus,ASFV)引起的一种烈性猪传染病,对全球的养猪业造成了巨大损失。由于ASFV复杂的遗传和进化机制,目前没有商品化疫苗和药物用于防控该病毒。本论文针对ASFV的进化机制和抗病毒药物等问题进行研究,取得了以下研究结果:1)发现ASFV基因组存在很大的多样性,这种多样性主要由核酸序列的插入和缺失引起。分析基因组中发生插入和缺失的原因,发现它们主要是由ASFV基因组发生的大量同源重组引起。同源重组不仅导致基因组大小的变化,也导致基因编码的变化。进一步分析同源重组发生的原因,发现ASFV基因组中存在大量成簇分布的重复序列,它们可能促进了同源重组的发生。该项工作表明,同源重组是造成ASFV遗传多样性的主要原因,有助于加深对该病毒进化机制的理解。2)基于蛋白序列同源性和网络聚类方法,建立ASFV多基因组家族(Multigene family,MGF)蛋白的分类系统和相应的在线软件MGFC,并把MGF蛋白分为31类;对MGF蛋白类进行系统分析发现,相同家族的MGF蛋白类之间最相似,且具有共同的序列基序;MGF蛋白类内部遗传多样性较大,且主要由插入和缺失导致;MGF蛋白具有较大的结构和功能多样性,同一MGF家族的MGF蛋白类具有相似的二级结构、亚细胞定位和翻译后修饰等特征;结合分子进化和祖先状态重建分析,发现ASFV在进化过程中有不断丢失MGF蛋白的倾向。该项工作为MGF蛋白提供了一个详细的分类系统,并对其进行了序列、结构、功能和进化分析,为MGF蛋白的深入研究提供了基础。3)提出了一种靶向宿主蛋白的抗病毒药物研究思路:首先通过整合多个来源的数据,构建了ASFV与猪之间的蛋白-蛋白相互作用网络;对该网络分析发现与ASFV相互作用的猪蛋白在该网络中起着中心作用,其连接度和节点介数均显著大于其它猪蛋白,而最短路径长度显著低于其它猪蛋白;多个与ASFV相互作用的猪蛋白还与其它几种病毒相互作用,可作为广谱药物的潜在靶点;进一步预测了多个靶向猪蛋白与ASFV蛋白的潜在抗病毒药物,并通过分子动力学模拟研究了药物格尔达霉素与猪HSP90AB1蛋白之间的相互作用。该工作不仅可以加深ASFV与猪之间的蛋白-蛋白相互作用认识,而且有助于开发有效的抗ASFV药物。综上,本文通过生物信息学方法研究了ASFV的进化机制与抗病毒药物,发现了同源重组对于ASFV遗传多样性的贡献;系统阐述了ASFV编码的MGF蛋白特征和进化;最后预测了多个潜在的抗ASFV药物。该论文不仅有助于理解ASFV的进化机制及其与宿主的相互作用,而且有助于开发有效的ASFV疫苗和药物。
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