《禽流感病毒受體結合特異性的可計算建模和預測算法》是依託復旦大學，由黃強擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：禽流感病毒受體結合特異性的可計算建模和預測算法
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：黃強
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年，禽流感病毒跨種傳播感染人致死的事件頻繁發生，嚴重威脅了人民民眾的生命健康。因此，迫切需要研究清楚病毒跨種傳播能力的分子根源，對其進行可計算建模，為禽流感防控提供科學依據和預測方法。為解決此科學問題，本項目擬採用高性能科學計算手段，對禽流感病毒血凝素 (HA) 蛋白與宿主細胞受體結合的自由能形貌進行可計算模擬，提取其熱力學和動力學特徵參數，構建定量描述HA受體結合特異性的數學模型，闡明HA胺基酸突變如何轉換其受體結合特異性、使病毒與人受體的結合能力增強而發生跨種傳播，並發展預測病毒跨種傳播能力的算法。項目研究有望提出關於禽流感病毒受體結合特異性轉換原理和機制的新理論，建立表征病毒受體結合特異性的數學模型，由此開發出從新發禽流感病毒的基因測序數據快速預測其跨種傳播能力的新算法，為禽流感疫情的預判與防控提供具有指導意義的科學認識和計算預測工具，推進高性能科學計算在生物醫學前沿領域的套用。
結題摘要
近年，禽流感病毒跨種傳播感染人致死的事件頻繁發生，嚴重威脅了人民民眾的生命健康。因此，迫切需要研究清楚病毒由禽到人進行跨種傳播的分子根源，並發展從基因序列信息評估病毒跨種傳播能力的方法，為禽流感疫情的預判提供快速預測工具。為解決這個科學問題，本項目採用高性能科學計算手段，對禽流感病毒膜融合蛋白血凝素 (HA)與宿主細胞受體分子的結合進行了計算建模研究。項目首先構建禽流感病毒HA蛋白的三維(3D)結構模板庫，發展從HA序列預測3D結構的計算建模流程；然後，建立計算HA—受體結合自由能形貌圖的水化分子對接方法，對結合能貌圖進行統計分析，抽取表征HA的人受體結合特異性的參數，發展可直接使用HA序列預測病毒跨種傳播能力的方法；最後，發展計算HA受體結合特異性的分子動力學模擬方法，在原子水平上了解HA胺基酸突變驅動其受體結合特異性轉換的機制。通過研究，項目建成了一個含各亞型流感病毒HA蛋白的3D結構模板庫，發展出了從新發禽流感病毒的HA基因序列預測高解析度3D結構的方法；獲得了有效關聯HA序列與病毒跨種傳播能力的數學模型，可用於禽流感疫情的預判。項目研究還發現：致病性病毒的HA胺基酸突變提高了HA與人受體分子的相互作用氫鍵數目，增強了HA與人受體的結合能力；這說明，胺基酸突變使HA的受體結合自由能形貌發生了改變，驅動其受體結合特異性的轉換，並最終引起病毒跨種傳播。我們的研究顯示，雖然H7N9等禽流感病毒的跨種傳播能力普遍較弱，但是，仍有少部分變異病毒可進化出強的感染人的能力。因此，密切監視自然演化過程中禽流感病毒不斷產生的基因變異，並快速評估變異病毒的跨種傳播風險，對禽流感的防控意義重大。
