【摘要】：禽流感病毒主要在禽類宿主中流行,但是近年來不斷有禽流感病毒跨越宿主屏障感染人類。全球首例人感染H5N1病毒的病例發(fā)生在1997年的香港,從2003年起,高致病性H5N1病毒感染人類的事件便不斷在世界各地出現(xiàn),至今已造成900多人感染。H7N9病毒自從2013年被報道出現(xiàn)人感染的病例以來,便一直在人群中不斷流行,到2017年為止已經(jīng)在中國大陸造成了5次疫情。為了應(yīng)對禽流感病毒不斷進(jìn)化對人類造成的威脅,對它們遺傳變異的監(jiān)測就顯得尤為重要。無論是禽流感病毒的毒力、復(fù)制能力、逃避免疫的能力,還是它跨越宿主屏障的潛力,都和病毒適應(yīng)性進(jìn)化過程中產(chǎn)生的突變密切相關(guān)。但是現(xiàn)有的對病毒突變的研究多是針對某一個或某幾個位點(diǎn)展開的,雖然專一性強(qiáng),但是缺乏對病毒適應(yīng)性進(jìn)化過程中突變規(guī)律的整體把控。在本文的第一部分工作中,我們建立了一種全面、批量、快速地尋找流感病毒進(jìn)化過程中發(fā)生的全部重要突變的方法。該方法的核心是對病毒固有的信息進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,定義并計算“株頻率”和“枝頻率”,然后以頻率為基礎(chǔ)利用回溯的方式計算出進(jìn)化路徑上所發(fā)生的全部突變。該方法的最大優(yōu)勢在于它的通用性,完全不依賴于病毒的種類和任何特征,只需要待研究的病毒有完整的序列信息,并且按照年份進(jìn)行演替。同時,基于突變后氨基酸在各年份間的頻率變化和固定情況,我們還建立了一個突變評價體系來初步評價計算出的突變。在本文的第二部分工作中,我們選取H5N1病毒HA節(jié)段為研究對象,利用我們建立的方法對其適應(yīng)性進(jìn)化過程中的重要突變規(guī)律進(jìn)行研究。一共計算出435個突變,得到了一張氨基酸固定及頻率變化分布表。其中,有效變換79個,發(fā)生在36個位點(diǎn)上,其中20個在抗原表位上。結(jié)合氨基酸頻率圖表,我們推出有效變換的位點(diǎn)很有可能是正選擇位點(diǎn)。同時,我們還發(fā)現(xiàn)了29個高頻次突變位點(diǎn),有14個落在HA抗原表位上,20個是已報道的正選擇位點(diǎn)。因此我們認(rèn)為高頻次突變與病毒適應(yīng)性進(jìn)化密切相關(guān),將高頻次突變和有效變換結(jié)合起來評價突變將更有說服力。在本文的第三部分工作中,我們應(yīng)用建立的方法來研究H7N9病毒全基因組8個節(jié)段的突變規(guī)律。經(jīng)過計算,我們最終得到HA上的突變46個,NA上的突變42個,PB1上38個,PB2上38個,PA上31個,NP上20個,NS1上31個,NS2上1個,M1上4個,M2上18個。和現(xiàn)有的研究對比后發(fā)現(xiàn),已報道的突變大部分都在我們找到的突變當(dāng)中,足以證明我們建立的方法準(zhǔn)確可靠。同時,我們還發(fā)現(xiàn)HA節(jié)段上的M245I/L和L235Q很可能與第五波疫情及高致病性毒株的出現(xiàn)有關(guān),L186I的出現(xiàn)提高了病毒的適應(yīng)性;NA節(jié)段上I16T及Y171H在NA進(jìn)化過程中都發(fā)生了兩次,且都處在系統(tǒng)發(fā)生樹的關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)上,說明它們和病毒適應(yīng)性的提高密切相關(guān);內(nèi)部節(jié)段中有很多突變與各波疫情的起伏都息息相關(guān),研究它們的功能對我們探究各次疫情爆發(fā)的原因具有很大意義。無論是我們建立的突變尋找方法還是初步的突變評價體系,都為實驗人員提供了一個很好的參考作用。對于病毒突變的研究,不必再拘泥于某一個或某幾個人為觀察到的位點(diǎn)上,而是在高效獲得的全部突變中,利用我們的評價體系,挑選有意義的突變著重研究,既節(jié)省了時間,又給后續(xù)的實驗研究指明了初步的方向。
【圖文】：

圖 2.1 H5N1 病毒 HA 蛋白系統(tǒng)發(fā)生樹及部分關(guān)鍵位點(diǎn)氨基酸突變2.3.2 氨基酸頻率圖表根據(jù)上節(jié)中計算出的氨基酸突變及位點(diǎn)信息，可以計算得到一張各突變位氨基酸固定情況和頻率變化分布表，在下節(jié)會詳細(xì)介紹（圖 2.3）。對于表格中每一行，是各個位點(diǎn)的詳細(xì)信息，據(jù)此可以繪制該氨基酸突變位點(diǎn)的頻率圖表既能反映該位點(diǎn)氨基酸頻率隨年份的變化情況，也能方便直觀地體現(xiàn)氨基酸替

第 15 頁圖 2.2 279, 171, 498, 98, 61, 100 突變位點(diǎn)氨基酸頻率圖表2.3.3 頻率變換及有效變換氨基酸頻率圖表清楚地展示了頻率的跳躍式變化，也就是突變位點(diǎn)氨基酸明顯的取代更迭過程，我們將這種年份間的主要氨基酸替換過程稱為“頻率變換”。如果突變后的氨基酸固定或基本固定了至少一年，我們就稱其為“有效變換”，否則叫做“無效變換”（具體的計算方法詳見 1.2 部分）。通過計算年份間最大頻率變化和突變后固定情況，我們共計算出有效變換 79 個，無效變換 97 個。79 個有效變換發(fā)生在 36 個位點(diǎn)上，其中 20 個位點(diǎn)是已知的抗原表位（詳見表 2.2）[54]。因此，我們認(rèn)為免疫選擇是突變演替過程的重要推動力。
【學(xué)位授予單位】：軍事科學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S852.65;R373.13

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本文編號：2662525