面向生物威脅快速反應的大數據分析關鍵技術

《面向生物威脅快速反應的大數據分析關鍵技術》是依託中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院，由伯曉晨擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向生物威脅快速反應的大數據分析關鍵技術
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：伯曉晨
• 依託單位：中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院

中文摘要

烈性傳染病、生物恐怖以及合成生物技術繆用導致生物威脅的種類快速增長，人類現有的知識、技術和產品儲備往往不能有效應對“未知”生物威脅，建立針對“未知”生物威脅的快速反應系統對於維護人類健康和國家安全具有重要意義。另一方面，在生物大數據的推動下，新一代生物威脅的檢測、防治技術體系正在快速形成。本項目提出以公開的基因組、細胞反應印記等生物大數據資源為基礎，突破海量測序數據的跨基因組快速並行過濾、大規模通路辨識、超大規模並行表達譜印記聚類和藥物關聯網路社團挖掘等關鍵技術，建立起非培養樣品中的快速病原確證、感染損傷機理快速解析和防治藥物快速重定位等關鍵技術方法，開發相關的套用軟體原型系統並進行真實測試，為最終形成以生物大數據分析為基礎的生物威脅快速反應系統奠定技術基礎。

結題摘要

烈性傳染病、生物恐怖以及合成生物技術繆用導致生物威脅的種類快速增長，人類現有的知識、技術和產品儲備往往不能有效應對“未知”生物威脅，建立針對“未知”生物威脅的快速反應系統對於維護人類健康和國家安全具有重要意義。在生物大數據的推動下，新一代生物威脅檢測、防治技術體系正在快速形成。本項目提出以公開生物大數據資源為基礎，突破關鍵技術，建立起非培養樣品中的快速病原確證、感染損傷機理快速解析和防治藥物快速重定位等關鍵技術方法，為最終形成以生物大數據分析為基礎的生物威脅快速反應系統奠定技術基礎。經過項目研究，在若干關鍵技術上取得了重要突破：1、針對生物威脅快速偵檢，構建了完整的核酸資料庫和軟體分析流水線，開發了多個並行測序序列比對、拼接和變異位點識別算法，在高性能計算系統上建立了並行、可視化分析系統。建立了體內微生物準種分析方法，實現了對生物威脅體內進化的監測，並套用該方法發現了多個伊波拉病毒基因組的體內進化規律；2、針對快速損傷機制解析，對微生物感染和基因沉默的細胞反應大數據進行了整合和分散式存儲，實現了大規模表達譜印記的比較、聚類、社團發現和網路解析算法，建立了一種全新的損傷機理快速預測方法，為生物威脅的快速機理解析提供了有力工具；3、針對生物威脅快速防治藥物重定位，建立了病原體感染關鍵宿主因子資料庫，並開發了6 種線上分析工具，實現了微生物-宿主蛋白質相互作用網路、藥物靶標、疾病和藥物重定位的分析，並用於針對IAV H1N1、IAV H3N2等病毒潛在藥物的預測，其中3個藥物在細胞學實驗中表現出顯著的抗病毒活性。項目研究過程中總計在Nature Microbiology、Nucleic Acids Research, Bioinforamtics、Gigascience等期刊發表標註資助的SCI期刊論文35篇，培養博士17名、碩士8名，申請專利5項，獲得軟體著作權4項。