1、新發(fā)傳染病近年來(lái)屢有發(fā)生，SARS冠狀病毒，MERS冠狀病毒，禽流感病毒，埃博拉病毒等病原體新發(fā)傳染病威脅著人類的生命安全。新發(fā)傳染病病原體多種多樣，常規(guī)的病原體分析方法不能完全適應(yīng)新發(fā)傳染病病原體的分析要求。高通量測(cè)序是一種新興的技術(shù)，采用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)新發(fā)傳染病病原體進(jìn)行分析是一門正在發(fā)展的熱門學(xué)科。將多種生物信息學(xué)理論和分析方法應(yīng)用到新發(fā)傳染病病原體分析和新發(fā)傳染病的防控當(dāng)中，可以有效提高應(yīng)對(duì)新發(fā)傳染病的能力。本研究以近年來(lái)發(fā)生

2、于國(guó)內(nèi)外的歷次新發(fā)傳染病疫情的病原體為研究對(duì)象，采用高通量測(cè)序結(jié)合數(shù)據(jù)分析的方法，研究歷次傳染病病原體的多樣性與進(jìn)化等規(guī)律，為疫情防控提供數(shù)據(jù)和參考。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　我國(guó)軍隊(duì)腺病毒疫情的測(cè)序分析。針對(duì)近年來(lái)我國(guó)軍隊(duì)不同地區(qū)發(fā)生的集體發(fā)熱疫情，采用高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)這些疫情都是由腺病毒感染引起。進(jìn)一步通過(guò)高通量測(cè)序獲得腺病毒的全基因組序列，對(duì)這些序列進(jìn)行了比較基因組學(xué)研究，研究發(fā)現(xiàn)近年來(lái)我國(guó)軍隊(duì)爆發(fā)的腺病

3、毒疫情主要由7型，14型和55型三種不同型別的腺病毒引起。
　　2014年西非埃博拉病毒的進(jìn)化研究。對(duì)西非的埃博拉病毒感染患者標(biāo)本進(jìn)行高通量測(cè)序，獲得了175株埃博拉病毒的全長(zhǎng)基因組序列。將這175株序列與公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的其他全長(zhǎng)序列混合進(jìn)行分析，得到了新測(cè)得序列中存在著440個(gè)突變位點(diǎn)，并且證明其中一些位點(diǎn)已經(jīng)在流行的過(guò)程中被固定下來(lái)，顯示了病毒仍在不斷地適應(yīng)宿主。發(fā)現(xiàn)了病毒在傳播到塞拉利昂國(guó)內(nèi)之后仍然在進(jìn)行持續(xù)的分化，共分化出了

4、7個(gè)不同的子系。通過(guò)統(tǒng)計(jì)每個(gè)子系的分布地理區(qū)域發(fā)現(xiàn)了塞拉利昂西部地區(qū)的三個(gè)重要疫情防控地理位點(diǎn)?；谧钚滦蛄杏?jì)算的疫情中病毒堿基替換速率與以往埃博拉病毒中一致，證明病毒仍在穩(wěn)定進(jìn)化，沒(méi)有突發(fā)性的加速進(jìn)化，打消了國(guó)際社會(huì)的疑慮。本研究從總體上研究了塞拉利昂西部地區(qū)的埃博拉病毒遺傳多樣性與進(jìn)化動(dòng)力學(xué)，對(duì)塞拉利昂西部地區(qū)的疫情防控工作具有借鑒意義。
　　H7N9型禽流感病毒的混合感染與重配研究。對(duì)江蘇省禽類咽拭子標(biāo)本的高通量測(cè)序與組裝得

5、到了8個(gè)樣品中的流感病毒，其中的H7N9型禽流感病毒的序列與同時(shí)期同地區(qū)的人感染 H7N9型禽流感疫情中的病原體序列具有極高的同源性，而其中的H9N2型禽流感病毒序列與當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)期存在的H9N2型禽流感病毒序列一致。在測(cè)序標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了有4株樣品中存在混合感染現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)了混合感染的毒株中發(fā)生了重配現(xiàn)象。這提示本次疫情的病毒重配過(guò)程仍在持續(xù)當(dāng)中。研究中對(duì)禽流感病毒的8個(gè)不同片段進(jìn)行了溯源分析，得出H7N9型禽流感病毒的HA和NA片段來(lái)源于境

6、外，其余6個(gè)內(nèi)部基因片段來(lái)源于國(guó)內(nèi)，是一種三重重配導(dǎo)致的新病毒，分化時(shí)間較新。以上分析結(jié)果說(shuō)明了H7N9型禽流感病毒的來(lái)源與發(fā)展趨勢(shì)，并且觀測(cè)到了正在發(fā)生的重配現(xiàn)象。
　　中國(guó)人體內(nèi)指環(huán)病毒科病毒的多樣性研究。本研究對(duì)33份中國(guó)人血液標(biāo)本進(jìn)行核酸提取和MDA方法擴(kuò)增并進(jìn)行高通量測(cè)序，發(fā)現(xiàn)中國(guó)人群中指環(huán)病毒科病毒的感染率相當(dāng)高，而且有大量的混合感染現(xiàn)象，同一個(gè)個(gè)體感染了不同屬的指環(huán)病毒。感染中國(guó)人的指環(huán)病毒基因組差異很大，同一混合感

7、染宿主中分離到的指環(huán)病毒可以分屬不同的子系，一方面顯示病毒感染的普遍性，另一方面顯示病毒進(jìn)化和傳播的過(guò)程比想象中要復(fù)雜。指環(huán)病毒科病毒的感染與人類疾病之間并沒(méi)有直接而明確的證據(jù)表明二者有關(guān)聯(lián)，但有部分疾病與指環(huán)病毒科病毒感染之間可能有潛在的相關(guān)性。本研究提供了大量中國(guó)人體內(nèi)的指環(huán)病毒科病毒基因組序列，為后續(xù)研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　云南地區(qū)一種新型黃病毒的發(fā)現(xiàn)。采用高通量測(cè)序方法對(duì)從云南大理地區(qū)的伊蚊中分離到的一株病毒的全長(zhǎng)基因組

8、序列進(jìn)行了測(cè)定，序列分析證明其為黃病毒屬下的一種新的病毒種，并經(jīng)國(guó)際病毒分類學(xué)委員會(huì)確定。該病毒與之前發(fā)現(xiàn)的伊蚊內(nèi)傳播的黃病毒基因組結(jié)構(gòu)比較相似，并且都含有一個(gè)因?yàn)橐拼a突變導(dǎo)致的開(kāi)放閱讀框。同其他伊蚊內(nèi)傳播的黃病毒類似，該病毒目前不能造成 Vero細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞病變，提示其可能對(duì)哺乳動(dòng)物沒(méi)有感染性。
　　高通量測(cè)序數(shù)據(jù)中病原體的智能快速篩查。對(duì)于未知感染的復(fù)雜標(biāo)本或者疑似存在病原體但無(wú)法確認(rèn)的標(biāo)本進(jìn)行直接高通量測(cè)序，設(shè)計(jì)智能判別算法

9、，從產(chǎn)出的大量讀序（reads）中嘗試尋找和發(fā)現(xiàn)可能存在的病原體核酸信息。該方法可以對(duì)臨床復(fù)雜標(biāo)本進(jìn)行病原體智能快速篩查。該方法建立和完善之后已經(jīng)處理數(shù)十例類似的高通量測(cè)序數(shù)據(jù)，并成功地篩查到其中存在的病原體，部分篩查結(jié)果采用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　相關(guān)生物信息學(xué)程序的設(shè)計(jì)。在上述研究過(guò)程中，為了降低人工參與的強(qiáng)度，加快分析速度，降低分析錯(cuò)誤率的發(fā)生，本研究設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了相關(guān)的生物信息學(xué)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，將分析流程整合到軟件中，并且能

10、夠適應(yīng)多種原始數(shù)據(jù)的分析。相關(guān)軟件已經(jīng)在課題組的日常工作中發(fā)揮了重要的作用。
　　綜上所述，本研究建立了較為完整的基于高通量測(cè)序的新發(fā)傳染病病原體分析技術(shù)。通過(guò)上述的研究過(guò)程，本論文總結(jié)了不同種類病原體的基于高通量測(cè)序的數(shù)據(jù)處理方法。對(duì)于已知的病原體，通過(guò)組裝獲取全基因組序列，采用多序列比對(duì)與系統(tǒng)發(fā)育分析相結(jié)合的方法，探索病原體基因組的進(jìn)化規(guī)律，研究其遺傳多樣性與進(jìn)化動(dòng)力學(xué)；對(duì)于比較新的物種，通過(guò)組裝獲取全基因組序列，采用序列比較