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《纳纳病毒中歧义序列的探索。》

  • 来源专题：实验室生物安全
  • 编译者： 苑晓梅
  • 发布时间：2019-12-01

  • 鼻病毒被认为是具有约3 kb基因组的正向RNA病毒，其基因组非常简单，仅编码高度保守的RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）。然而，许多鼻病毒是``歧义性的''并且具有不间断的开放阅读功能框架（ORF）几乎覆盖了反向补体链的整个长度。对该ORF的功能没有描述，但是在各种成虫病毒中都没有终止位，并且在每种情况下，反向ORF和RdRp中的密码子都对齐大于3 kb的ORF在相对链上重叠，这在RNA病毒中是空前的，这激发了对密码子比对施加或减轻的限制的探索。在这里，我们证明只有当密码子框架比对时，所有终止密码子才能从密码子中消除。通过在RdRp基因中进行同义单核苷酸取代形成反向链，这表明在高度保守的氨基酸序列中从头创建基因的机制。力图探讨这种编码策略对narnavirus生物学的其他方面有何影响。除了narnaviruses之外，我们迅速扩展的病毒多样性目录可能还揭示了这种广泛可扩展的歧义序列开发原理的例子。

  • 原文来源：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31784609
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  • 《Cell：开发出更好的方法从海量序列中寻找RNA病毒》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2022-10-12
    • 一家动物园曾经提供过一本彩色画册，画的是北极熊在冬天的场景，配有各种深浅不一的白色蜡笔。对于在大型数据集中寻找RNA病毒序列的科学家们来说，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个可以专门扫描RNA病毒序列的计算管道。利用这一工作流程，他们梳理了来自世界各地不同环境样本的5000多个RNA序列数据集（宏转录组），使RNA病毒的多样性增加了五倍。相关研究结果于2022年9月28日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Expansion of the global RNA virome reveals diverse clades of bacteriophages”。 在谈及发现的病毒多样性时，论文共同通讯作者、NCBI高级研究员Eugene Koonin说，“我们周围的病毒世界是巨大的，我们现在有了探索它的手段。尽管这种规模的数据分析面临的技术挑战是非常艰巨的。” 用于过滤序列的计算筛子 地球上的微生物比一把泥土中的颗粒还要多，而病毒的数量远远超过微生物。测序技术和计算工具的进步已发现了病毒的多样性，这些病毒不仅感染作物、动物和人类，而且还感染微生物，它们的存在或不存在会影响地球的营养循环。 虽然大多数有机体的遗传信息是在DNA中编码的，RNA将DNA内的指令传递给细胞，但RNA病毒将它们的遗传信息储存在RNA中，而不是储存在DNA中。论文共同作者、JGI 科学家Simon Roux说，“我认为RNA病毒在全球范围内甚至比DNA病毒更不为人所知。但与DNA病毒一样，RNA病毒在全世界范围内感染微生物，并在感染期间导致细胞死亡和/或细胞生理学的深刻变化。” 虽然所有的RNA病毒都有一个编码称为RNA引导的RNA聚合酶（RDRP）的基因，这是进行RNA基因组复制所必需的，但检测它一直是一个挑战。在海量的基因组数据中找到RNA病毒，需要开发特殊的计算筛子（computational sieve）来过滤掉不太可能包含RdRP序列的序列。 论文第一作者兼论文共同通讯作者、特拉维夫大学的Uri Neri回忆说，这项新的研究是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团队的成员已经在一起合作分析原核生物病毒（噬菌体），他们从JGI的Nikos Kyrpides那里得知，Kyrpides的微生物组数据科学小组也在致力于分析RNA病毒。在这三个团队的几次视频会议之后，很明显，与较小的个人努力相比，更大的合作努力在取得更高质量的结果方面要有效得多。 这些作者使用了JGI的综合微生物基因组与微生物组（IMG/M）系统中所有公开的宏转录组数据集。Neri说，“我们随后研究了更多的样本并完善了我们的方法。我们的团队不断壮大，项目的范围也在不断扩大。”为此，Kyrpides强调，众多JGI科学用户在收集和提交他们的微生物组样本在JGI进行测序方面的贡献怎么强调都不过分。他说，他们的合作和支持，以及在一些情况下，他们允许使用尚未公布的序列数据，对于这项新研究的成功绝对是至关重要的，对他们贡献的承认也是如此。 Roux和Koonin都指出，所发现的大量RNA病毒序列“极大地改变了全球病毒多样性的观点”，尽管不是在更高层次的病毒群体（门）分类中。此外，RNA病毒似乎并不是均匀地分布在世界各地。 一个扩大的病毒群体是与细菌有关的病毒；直到现在，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病毒的扩大，发现“少数细菌使用CRISPR来防御RNA，尽管不清楚为何这种情况很少被检测到。” 开发协调“真实”大数据的方法 对于这些作者来说，导致发现丰富的RNA病毒的计算工作只是一个开始。Neri说，“我经常说，仅仅确定一个序列是病毒的，甚至还不是故事的一半。我们在发现后的分析中投入了大量的精力---我们尽可能地描述每一种病毒所携带的蛋白结构域，以及谁是它们可能的宿主。我们已经将所有这些信息完全免费并公开提供给更广泛的科学界。” Koonin和特拉维夫大学的Uri Gophna都指出，其他平行的研究报告了全球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。”  参考资料： 1. Uri Neri et al. Expansion of the global RNA virome reveals diverse clades of bacteriophages. 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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  • 《研究人员探索纳米材料的生物效应》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-12-19
    • 尽管纳米技术日益普及，但纳米颗粒的风险评估是一个艰巨的过程，给德国联邦风险评估研究所(BfR)带来了相当大的困难。 为了确定更有效的测试技术，一个研究小组，包括来自BfR和亥姆霍兹环境研究中心(UFZ)的科学家，仔细检查了纳米材料的生物影响。研究结果发表在《颗粒和纤维毒理学》杂志上。 纳米材料的应用范围很广，从建筑材料到染料，从医药到电子和化妆品。它们可以在各种不同的应用中找到，但这些材料的性质尚不清楚。 纳米材料的定义完全取决于它们的大小。1到100纳米之间的材料称为纳米材料。 克里斯汀·舒伯特博士，亥姆霍兹环境研究中心分子系统生物学系 为了直观地了解纳米材料的微小尺寸，1纳米仅仅是1毫米的百万分之一。由于纳米材料非常小，它们可以很容易地穿透人体——例如，通过胃肠道、皮肤和肺部，它们可以导致不利的影响。 与传统化学物质类似，纳米材料在工业化生产、使用和商业化之前也应该进行健康危害检测。 每一种纳米材料现在都在单独进行测试。此外，每个纳米材料变体都需要单独的测试，因为即使是最微小的变化——例如表面或尺寸特性——也会影响毒性。 纳米材料的风险评估有时是困难和非常耗时的。待测物质的清单每天都在变长，因为纳米技术正在成为一项具有广泛应用的关键技术。因此，我们迫切需要找到更有效的风险评估的解决方案。 Andrea Haase博士，德国联邦风险评估研究所 但是如何恰当地将纳米材料分类呢?它们的效果有相似之处吗?材料的哪些特性与这些效应有关?在这项新的研究中，BfR和UFZ的研究人员以及行业代表合作回答了这些问题。 舒伯特补充说:“我们关注的是生物效应，并研究了哪些分子和信号通路会受到哪些纳米材料的影响。” 研究人员进行了体外实验，他们将大鼠肺部的上皮细胞暴露在不同类型的纳米材料中，然后观察细胞内的变化。为了完成这项任务，研究人员使用了所谓的多组学技术——他们首先检测各种氨基酸和脂质以及数千种细胞蛋白，并分析细胞内重要的信号通路。 然后，在一种创新的生物信息学分析方法的帮助下，他们评估了大量的数据并得出了一些有趣的结果。 我们能够证明，具有毒性作用的纳米材料最初会引发氧化应激，而在这个过程中，细胞中的某些蛋白质会被上调或下调。在未来，这些关键分子可以作为生物标记物来快速有效地检测和提供纳米材料潜在毒性作用的证据。 克里斯汀·舒伯特博士，亥姆霍兹环境研究中心分子系统生物学系 如果纳米材料具有高水平的毒性，就会导致氧化应激的增加。随后是炎症过程的发展，细胞在特定的时间点后死亡。 “我们现在对纳米材料如何影响细胞有了更好的理解，”Haase补充说。“在生物标志物的帮助下，我们现在可以检测到比以前更低的毒性反应。” 此外，科学家们还发现了细胞代谢变化与纳米材料特性之间的明显联系。 “例如，我们能够证明，表面积大的纳米材料对细胞的影响与表面积小的纳米材料截然不同，”舒伯特补充说。 了解在毒性作用中起主要作用的参数类型将是非常有用的。这意味着纳米材料可以在制造过程中得到改善，例如，通过微小的改变，从而减少有害影响。 舒伯特说:“我们的研究使我们向前迈进了几大步。”“我们第一次广泛地分析了毒性作用背后的生物机制，根据其生物效应将纳米材料分类，并为新的检测方法确定了关键的生物标志物。” BfR的安德里亚·哈斯非常高兴:“研究结果对未来的工作很重要。它们将有助于为纳米材料的有效、可靠的风险评估提供新概念，并为我们确定前进的方向。”
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