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生物信息学在病毒学研究中的应用
本文介绍生物信息学的基本概念、中心任务和研究目标,阐述了近几年来生物信息学在病毒学研究中发挥的主要作用,并对其今后的研究前景作了展望,同时提出了一些亟待解决的问题.
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生物信息学在毒力岛研究中的应用
1986年Hacker等在泌尿道致病性大肠杆菌(UPEC)536株染色体上发现两个可以发生缺失的大片段,片段丢失后,细菌产生溶血素和P菌毛的能力随之丧失,细菌的毒力受到影响.在此发现的基础上于1994年提出了毒力岛(pathogenicity island)的概念,认为毒力岛是整合于细菌基因组的外源性DNA片段,这些特殊片段存在于致病型菌株上,赋予细菌毒力,却在与之亲缘关系密切的非致病菌株上不存在.
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基于生物信息学途径探讨阿托伐他汀钙抗肿瘤作用的分子机制
目的 基于生物信息学途径探讨与阿托伐他汀钙抗肿瘤作用相关的分子机制及生物信号通路.方法 人脐静脉内皮细胞株EA.hy926分为两组,对照组加0.01%二甲基亚砜(DMSO),实验组加阿托伐他汀钙(10-5 mol/L,以0.01%DMSO溶解),共同孵育24 h,提取总RNA,用Affymetrix U133 plus 2.0全基因组表达芯片检测两组对EA.hy926细胞基因表达谱的影响.用SAM软件筛选两组之间的差异基因,应用基因富集度分析(gene set enrichment analysis,GSEA)、DAVID基因功能聚类分析软件进行通路富集分析,应用the Connectivity Map(cMap)数据库对芯片数据进行分析,并对肿瘤相关信号通路的靶基因进行RT-PCR及Westernblot验证.结果 基因表达谱芯片分析显示,实验组与对照组相比,获得差异表达基因649个,其中上调基因295个,下调基因354个;GSEA富集分析提示,上调了Kruppel样转录因子等血管保护基因,下调了CCNA2、CCNE2、CCNB1和CCNB2等细胞周期相关基因,并经过RT-PCR验证.通过Cmap分析,筛选到与MS-275、trichostatin A等组蛋白去乙酰化酶抑制剂及白藜芦醇等药物有较高的相似性.结论 基于生物信息学的研究发现,阿托伐他汀钙可能发挥着类似组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDAC inhibitors)和G1/S(开始)期及G2/M(有丝分裂)期细胞周期抑制剂的作用,为阿托伐他汀钙作为抗肿瘤药物的研究提供了可行性.
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IGF作用机理的研究进展及其与生物信息学的联系
类胰岛素生长因子(insulin-like growth factor,IGF)是一类多功能的细胞增殖调控因子,它在肿瘤细胞增殖、肌肉生长、胎儿发育等方面具有重要的调控作用.随着基因组计划的启动,生物信息学作为一门计算机处理生物数据的交叉学科发展起来了.本文介绍了类胰岛素生长因子的研究进展,以及与生物信息学的关系.
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沃特世推出新一代LC-M S生物信息学产品Progenesis QI组学分析软件
日前，沃特世公司发布了两款新的数据分析软件，用于代谢组学/脂质组学的Progenesis? QI软件以及用于蛋白质组学研究的Progenesis QI蛋白质组学软件。新发布的软件是由沃特世子公司Nonlinear Dynamics开发，其组学软件在全球处于领先地位。
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冠心病相关基因的生物信息学分析
目的:采用生物信息学的方法来分析冠心病相关的基因,通路,转录因子和miRNA.方法:从公共基因芯片数据库GEO下载冠心病基因表达谱数据,筛选出差异表达基因(DEGs),并对差异基因进行GO、KEGG以及PPI网络分析.后利用Webgestalt预测CHD相关的miRNA以及转录因子,并构建miRNA-TF-gene调控网络.结果:共筛选出1449个DEGs.GO功能分析发现DEGs主要参与炎症反应、细胞-细胞信号传导、神经肽信号通路等生物学过程.KEGG通路富集分析发现DEGs参与神经活性配体-受体相互作用、蛋白质的消化和吸收、维生素的消化吸收等通路.并且筛选出20个与冠心病发病相关的基因,特别是发现了少有文献报道的POMC、MYOD1等基因.后我们还预测了与CHD相关的7个转录因子和3个miRNA.结论:通过生物信息学对基因芯片数据的分析,我们得到了冠心病相关的基因、通路、miRNA以及转录因子,为冠心病的精准治疗提供了新思路.
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Speedy A蛋白调控相关miRNA的筛选及miR-23b靶标的验证
目的 筛选和鉴定调控Speedy A蛋白表达的miRNAs. 方法 通过在线数据库TargetScan、miRNA和miR-walk预测与Speedy A相互作用的miRNAs,并结合本实验室前期建立的精原细胞和精母细胞小RNA数据库,筛选出评分较高的候选miRNAs.实时定量PCR检测小鼠7、14、21、35、64 d睾丸中候选miRNAs和Speedy A基因的表达,筛选出表达趋势呈显著负相关的miRNAs.构建野生型Speedy A基因3’端非翻译区荧光素酶报告基因载体(WT-Speedy A-3,UTR)及miR-23b靶序列突变型载体(mut-Speedy A-3'UTR),分四组转染HEK-293T细胞株:野生型实验组,WT-Speedy A-3,UTR质粒+miR-23b mimic;野生型对照组,WT-Speedy A-3'UTR质粒+miR-23b mimic NC;突变型实验组,mut-Speedy A-3'UTR质粒+miR-23b mimic;突变型对照组:mut-Speedy A-3'UTR质粒+miR-23b mimic NC,双荧光素酶报告基因系统检测荧光素酶活性. 结果 通过生物信息学方法结合本实验室前期建立的精原细胞和精母细胞小RNA数据库筛选出4个评分较高的miRNA:miR-23b、miR-143、miR-345-3p和miR-881.实时荧光定量PCR检测不同发育时期小鼠睾丸中以上4种miRNAs和Speedy A基因的表达水平,结果显示在不同发育时期的小鼠睾丸中,miR-23b的表达趋势与Speedy A呈显著负相关(P＜0.01).成功构建了重组野生型/突变型(WT/mut) Speedy A3’-UTR载体,通过双荧光素酶报告基因检测显示野生型实验组相比对照组吸光值明显降低,差异有统计学意义(P＜0.01). 结论 野生型实验组对其它3组对照组荧光活性有明显的抑制作用,证实miR-23b能够靶向调控Speedy A基因的表达.
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生物信息学方法研究高脂饮食诱导肥胖对雄性SD大鼠的影响
目的 应用生物信息学方法探寻高脂饮食诱导性肥胖雄性SD大鼠生理代谢改变及对生育力的影响. 方法 利用NCBI中的GEO基因芯片公共数据库进行芯片数据搜索,终选择芯片数据(GSE8700)作为分析对象,使用bioconductor包中R工具的函数及Limma程序包识别差异性表达基因,应用DAVID数据库对差异表达基因进行GO富集分析和KEGG通路分析,选用String在线数据库构建差异表达基因的PPI网络. 结果 通过对GSE8700进行分析,得到1 014个表达差异基因,其中上调基因544个,下调基因470个;上调差异基因GO条目全部富集于生物过程(BP),主要为氧化还原、轴突生成、对肽类激素反应、对糖皮质激素反应过程;下调差异基因GO富集于生物过程(BP),主要为女性怀孕、对类固醇激素的反应、甘油三酯代谢等过程;富集于细胞组成(CC),主要为细胞外间质,细胞质,血液微球等组成;富集于分子功能(MF),主要为丝氨酸肽链内切酶活性、脂肪酸结合、磷脂质结合等功能;上调差异基因并未富集到任何KEGG通路,而下调差异基因富集到3条通路,分别为PPAR信号通路(过氧化物酶体增殖物激活型受体)、脂肪的消化和吸收通路、胰腺分泌通路,其中重要的节点基因为热休克蛋白90AB1(Hsp90ab1)、细胞外钙敏感受体(Casr)及趋化因子9(Ccl9)等. 结论 高脂饮食诱导肥胖雄性SD大鼠脂质代谢发生了紊乱,大鼠生殖功能可能受到影响,类固醇激素、肽类激素代谢异常可能是其影响途径.
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铅暴露U251细胞对钙离子信号通路的影响
目的 探讨铅暴露人神经胶质瘤U251细胞对钙离子信号通路的影响.方法 将体外培养的人神经胶质瘤U251细胞(human U251 glioma cells,U251)分别暴露于含有乙酸铅(400μg/ml)的培养液中8和24 h,提取RNA.应用cDNA芯片技术筛选差异表达基因,并利用信息学技术进行钙离子信号通路分析.结果 铅暴露U251细胞,导致2840条基因差异表达,钙离子信号通路中有45条基因表达异常.结论 铅暴露U251细胞后,参与钙离子信号通路的45条基因发生了表达改变,导致细胞膜上钙离子通道发生变化,钙离子调控的生物学功能受到影响.
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高脂饲料诱导的胰岛素抵抗小鼠肝脏组织差异表达microRNAs的鉴定及生物信息学分析
目的 采用茎环-逆转录实时荧光定量PCR方法,鉴定高脂饲料诱导的胰岛素抵抗小鼠肝脏组织中差异表达的mircoRNAs(miRNAs),即miR-1897-3 p、miR-690和miR-7a-5p,并预测分析miRNAs调控的靶基因和功能,探讨胰岛素抵抗与差异表达的miRNAs的相关性.方法 30只雄性C57BL/6小鼠随机分为对照组和高脂饲料诱导的胰岛素抵抗模型组,设计茎环引物和实时荧光定量PCR特异引物,建立茎环-逆转录SYBR Green Ⅰ实时荧光定量PCR方法,检测小鼠肝脏组织中miR-1897-3 p、miR-690和miR-7a-5p的表达.统计学分析小鼠miR-1897-3p、miR-690和miR-7a-5p表达的差异.利用生物信息学软件预测miRNAs调控的靶基因,分析靶基因富集的基因功能(gene ontology,GO)和涉及到的信号转导通路及其靶基因蛋白的相互作用.结果 经实时荧光定量PCR鉴定分析,与对照组相比,胰岛素抵抗组小鼠肝脏组织中miR-1897-3p、miR-690、miR-7a-5p表达下调(P＜0.05).生物信息学分析结果显示,有16种靶基因被两种差异表达的miRNAs调控,其中有8个靶基因可与4种以上的蛋白质相互作用,Rac1、Rhoa、Prkcz、Tgfbr2、Itch和Ube2d3蛋白位于网络的中心节点,且它们与胰岛素信号通路相关或存在交联.结论 肝脏miR-1897-3 p、miR-690和miR-7a-5p可能参与了胰岛素抵抗的病理生理过程,其机制可能通过调节靶基因的表达,影响了胰岛素信号通路的正常级联反应.
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非负矩阵分解算法在胃癌基因表达数据分类中的应用
依据基因表达数据,利用计算机技术对其样本进行分类并找到在肿瘤组织中特异表达的基因,使之能够对疾病的治疗和生物医学研究起到有益的参考和借鉴作用.本文采用非负矩阵分解算法,对基因表达数据进行分析,然后对分解后得到的基矩阵中各集合基因进行比较,找出在肿瘤组织中有特异表达的基因,并做出生物解释.以胃癌基因表达数据为例进行实验,结果表明了该方法的可行性和有效性.
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动脉粥样硬化检测中生物信息学的应用
目前,生物信息学数据在分子生物学发展的基础上呈现较快的增长速度,因此动脉粥样硬化相关基因水平检测就显得异常重要.本研究以美国国家生物技术信息中心(NCBI)作为核酸序列信息的主要来源,以 Access 作为数据库管理系统平台,所有应用程序基于 visual basic 进行开发.实际操作中,可以对关键词、染色体图以及相关功能等进行搜索,为临床动脉粥样硬化检测提供了较好的查询平台.
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生物信息学在出入境检疫中的应用
生物信息学在20世纪80年代随着人类基因组计划(HGP)的启动即兴起的交叉学科.它已渗透到医学的各个研究领域中,成为生物医学发展的重要工具,被称为21世纪生物技术的核心.充分利用生物信息学的各类技术,将会推动出入境检验检疫工作的迅猛发展.为此,对生物信息学的定义和研究内容作一介绍,并论证了出入境检验检疫系统开展生物信息学研究的必要性,分析和预测了生物信息学在出入境检验检疫工作中的应用前景.
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炎性肝细胞腺瘤相关基因的生物信息学分析
目的 利用生物信息学技术筛选炎性肝细胞腺瘤差异表达基因并分析其功能.方法 筛选GSE11819数据集的差异表达基因,进行GO分析和Pathway通路分析,并绘制蛋白互作网络图.结果 研究发现297个差异表达基因.上调基因主要集中在单纯疱疹病毒感染、同种异体移植排斥反应、移植物抗宿主病通路等.下调基因主要集中在化学致癌作用、 视黄醇代谢、 细胞色素P450异生物的代谢等通路.并发现HLA-B上调基因及ALB、CYP1A1、CYP1A2、CYP2A6、CYP2B6、CYP2C19、CYP3A4、CYP3A7、CYP4A11、UGT1A8下调基因在蛋白互作网络中起关键作用.结论 炎肝细胞腺瘤的形成可能涉及到多种基因,为进一步研究炎性肝细胞腺瘤提供了思路.
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2型糖尿病易感基因研究中混杂的生物信息学对策
复杂性疾病(complex disease)是对人类健康威胁大、给家庭和社会造成严重负担、需要重点防治的疾病.复杂性状疾病即多基因病,是指由多个基因位点共同参与,且和环境因素相互作用决定表型的遗传病[1].复杂性状疾病病因的识别是一个迫切需要解决的问题,也一直是国际学术界面对的难题.其复杂性和难度主要表现在疾病遗传模式未知、具有遗传异质性和表型异质性、具有不完全外显或不规则外显的现象以及有环境因素影响等方面[2].
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林州居民食管癌p53基因突变谱分析与不同地区食管癌和其他类型肿瘤的比较
目的分析河南省林州市与其他地区食管癌前病变和鳞状细胞癌p53突变谱,探讨食管癌变的发病因素.方法采用生物信息学和Monte Carlo方法,依据IARC p53突变数据库、Curic研究院p53突变数据库和郑州大学医学院癌症研究所实验室的资料,用FileMark Pro 3.0软件系统建立局部资料库进行分析.结果林州食管癌高发区食管鳞癌碱基替换的发生率低于其他地区食管鳞癌的发生率(32.8% vs 39.8%),但CpG位点G∶C→A∶T的发生率高于其他地区食管癌(29.6% vs 16.4%).林州食管癌突变位点具有明显的特征,主要发生在273(占所有错义突变的11.3%)、175(9.7%)、159(6.5%)和282(6.5%)位密码子的CpG位点上.林州地区食管鳞癌p53突变与其他地区食管鳞癌以及头颈部鳞癌p53突变相比,差异有显著性(P=0.02).结论林州食管癌p53突变具有内、外源致癌原所致突变的特征,提示慢性炎症、饮食习惯和接触致癌原,可能是林州居民发生食管鳞癌的主要危险因素.
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基于基因序列聚类的甲型流行性感冒病毒H3抗原变异规律研究
目的利用聚类分析方法探讨全球甲型流行性感冒病毒(流感)H3亚型抗原的变异规律.方法下载NCBI GenBank和流感病毒数据库中全部的甲型流感病毒RNA4节段H3亚型基因序列,在ClustalX中进行序列对齐后,使用两阶段聚类法进行分析,并随后探讨各类的三间分布.结果所有序列可被分为10类,其中7类主要为人流感病毒,人流感病毒和鸟类、其他哺乳动物的流感病毒被明确的分为不同类别,但和猪流感病毒则共存于数个类中.各类呈现出明显的时间分布和宿主分布规律,但并未发现地域分布规律.结论由于受到人类免疫系统的选择压力,H3抗原呈现出5-7年出现一次较大变异的流行特征,且这一趋势随着近十年来流感疫苗的普遍使用而呈现加速趋势.同时,猪流感病毒和人流感病毒出现在同一类别中,两者的遗传距离较近,这为猪作为病毒重配的载体提供了新的佐证.
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全球历年人甲型流感病毒H3A1抗原的分子进化研究
目的应用生物信息学数据库和工具,对现有的H3N2亚型人甲型流感病毒全球分离株的H3A1抗原序列进化规律进行分析研究.方法下载NCBI Genbank和流感病毒数据库中全部的甲型流感病毒H3A1序列,首先用两步聚类法进行样本拆分,随后分类绘制出完整的进化树.结果人H3A1序列呈现出单一主干的进化趋势,随着时间的推移,进化树结构和进化模型相关参数均呈现出一定的变化规律,关键变异株的出现则无明显的地域分布特征.结论人流感病毒H3A1抗原的进化主要是病毒抗原漂移和人类免疫选择相互作用的结果,新变异株的出现并未出现明显的地域倾向性,中国华南地区不应当被认为是H3亚型新变异株的发源地.
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开源基因组学:对抗新发和突发传染病的新策略
一、基因组学的发展及其在新发传染病中的应用随着20世纪70年代Sanger双脱氧链终止核酸测序方法的发明,DNA自动测序技术进入到生命科学领域,并成为不可或缺的技术之一,为生命科学的发展做出了突出贡献.进入21世纪以来,DNA测序技术突飞猛进,新的测序方法不断涌现,使得测序通量以超越摩尔定律的速度迅速提高,与之相伴的是测序成本的大大降低.这完全改变了传统生命科学的研究模式,并推动了很多新学科(如合成生物学、生物信息学、跨组学、系统生物学等)的发展与成熟.
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microRNA-149和microRNA-499基因多态性与肝癌易感性的Meta分析
目的 采用Meta分析方法探讨microRNA-149(rs2292832)和microRNA-499(rs3746444)位点多态性与肝癌易感性的关系.方法 以“肝癌/肝细胞癌”、“miRNA-149/miR-149/microRNA-149”、“miRNA-499/miR-499/microRNA-499”、“hepatocellular carcinoma”为检索词,检索中国学术期刊全文数据库、中国生物医学文献数据库、中国科技期刊全文数据库、万方知识服务平台、PubMed和Web of Science数据库,系统收集建库至2015年5月31日为止公开发表的有关rs2292832和rs3746444位点多态性与肝癌易感性病例-对照研究,提取数据进行Meta分析,计算合并OR(95％CI)值,并进行生物信息学分析.结果 终纳入13篇文献,携带rs2292832位点纳入5篇文献,携带rs3746444位点纳入12篇文献,其中携带rs2292832位点病例1 096例,对照1 701名;纳入携带rs3746444位点病例3 117例,对照4 126名.Meta分析结果显示,rs2292832和rs3746444位点多态性与肝癌易感性无相关性,等位基因的OR(95％CI)值分别为0.99(0.78～1.28)和1.11(0.88～1.40).分层结果显示,病例组和对照组总调查对象＞400名或采用两种不同基因分型方法的研究,rs3746444位点多态性与肝癌易感性存在相关性,其C等位基因可能是肝癌易感性基因,OR(95％CI)值分别为1.32(1.02～1.70)和1.34(1.09～1.66).生物信息学分析结果显示,rs2292832和rs3746444位点在肝癌细胞中的基因表达水平降低,提示2个位点均可能影响基因转录.Cochran's Q检验结果显示,rs2292832和rs3746444位点所纳入的文献异质性均较大(I'2值分别为0.78和0.84,P值均＜0.10).结论 rs2292832和rs3746444位点多态性与肝癌易感性均无相关性;但分层结果提示rs3746444等位基因C可能与肝癌易感性相关;生物信息学分析提示本研究的2个位点可能影响基因转录.
