细胞:开发一种更好的方法从大量序列中寻找RNA病毒

来源：100医疗网原创2022-10-12 16:54

在一项新的研究中，研究人员描述了一种可以特异性扫描RNA病毒序列的计算管道。利用这一工作流程，他们梳理了来自全球不同环境样本的5000多个RNA序列数据集(宏转录组)，使RNA病毒的多样性增加了5倍。

一个动物园曾经在冬天提供了一本彩色的北极熊画册，里面有各种色调的白色蜡笔。对于在大型数据集中寻找RNA病毒序列的科学家来说，他们的工作可能类似于在那本书的彩色页面上寻找一片雪花。

在一项新的研究中，来自以色列特拉维夫大学、美国国家生物技术信息中心(NCBI)和美国能源部联合基因组研究所(JGI)的研究人员描述了一种可以特异性扫描RNA病毒序列的计算管道。利用这一工作流程，他们梳理了来自全球不同环境样本的5000多个RNA序列数据集(宏转录组)，使RNA病毒的多样性增加了5倍。相关研究成果于2022年9月28日在线发表在《细胞》杂志上，题目是《全球RNA病毒体的扩展揭示了细菌的多样类别》。

谈到发现的病毒的多样性，论文合著者、NCBI高级研究员尤金库宁(Eugene Koonin)表示，我们周围的病毒世界是巨大的，我们现在有办法探索它。虽然这种规模的数据分析面临的技术挑战非常艰巨。

过滤序列的计算筛

地球上的微生物比屈指可数的土壤中的颗粒还要多，病毒的数量也远远超过微生物。测序技术和计算工具的进步发现了病毒的多样性。这些病毒不仅会感染农作物、动物和人类，还会感染微生物。它们的存在与否会影响地球的养分循环。

虽然大多数生物的遗传信息都编码在DNA中，RNA将DNA中的指令传递给细胞，但RNA病毒将它们的遗传信息存储在RNA中，而不是DNA中。该论文的合著者、JGI科学家西蒙鲁(Simon Roux)说，我认为在全球范围内，RNA病毒甚至比DNA病毒更不为人所知。但与DNA病毒一样，RNA病毒会感染世界各地的微生物，并在感染过程中导致细胞死亡和/或细胞生理的深刻变化。

虽然所有RNA病毒都有一个编码RNA聚合酶(RDRP)的基因，这是RNA基因组复制所必需的，但检测它始终是一个挑战。要在海量的基因组数据中发现RNA病毒，需要开发一种特殊的计算筛，过滤掉不太可能含有RdRP序列的序列。

特拉维夫大学的Uri Neri是该论文的第一作者和共同作者，他回忆说，这项新研究是2019年开始的三方合作的结果。特拉维夫大学的研究团队和NCBI团队的成员一起合作分析原核病毒(噬菌体)。他们从JGI的Nikos Kyrpides那里了解到，Kyrpides的微生物组数据科学小组也致力于分析RNA病毒。在这三个团队的几次会议之后，很明显，在实现更高质量的结果方面，更大的合作努力比更小的个人努力要有效得多。

图片来自cell，2022，doi :10.1016/j . cell . 2022 . 08 . 023

这些作者使用了JGI整合微生物基因组和微生物学(IMG/M)系统中所有已发表的宏转录组数据集。Neri说，然后我们研究了更多的样本，并改进了我们的方法。我们的团队在成长，我们的项目范围也在扩大。出于这个原因，Kyrpides强调，许多JGI科学用户在收集和提交他们的微生物组样本用于JGI测序方面的贡献怎么强调都不为过。他说，他们的合作和支持，在某些情况下，他们允许使用未发表的序列数据，对于这项新研究的成功绝对至关重要，因为他们的贡献得到了认可。

Roux和Koonin都指出，大量RNA病毒序列的发现极大地改变了对全球病毒多样性的看法，尽管它不在更高水平的病毒群(门)分类中。此外，RNA病毒在世界各地的分布似乎并不均匀。

扩大的病毒群是与细菌相关的病毒；到目前为止，大多数已知的RNA病毒都与真核生物有关。Roux指出，伴随着与细菌相关的RNA病毒的扩张，发现少数细菌使用CRISPR来防御RNA，尽管尚不清楚为什么很少检测到这种情况。

开发真正大数据的方法

对于这些作者来说，导致发现大量RNA病毒的计算工作只是开始。Neri说，我经常说仅仅确定一个序列是病毒性的还不到故事的一半。我们在发现后投入大量精力进行分析——我们尽力描述每种病毒携带的蛋白质结构域，以及它们可能的宿主是谁。我们已经将所有这些信息完全免费并向更广泛的科学界公开。

特拉维夫大学的Koonin和Uri Gophna都指出，其他平行研究报告了全球RNA病毒组的

类似 急剧扩张 。Koonin说， 我们如今需要比较和协调这些发现，提出一个单一的、非冗余的数据集。希望在相对较短的时间内，我们将能够估计出RNA病毒组（RNA virome）的实际规模。然而，这如今是真正的大数据，我们正在处理数十亿个序列，很快就会有数万亿个序列。开发高效、自动化的方法来分析和分类这种规模的序列数据是至关重要的。 （ 100yiyao.com）

参考资料：

1. Uri Neri et al. . Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.08.023.

2. A better way to find RNA virus needles in database haystacks

https://phys.org/news/2022-10-rna-virus-needles-database-haystacks.html

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