Высокопроизводительные методы для изучения эволюции и молекулярного надзора за вирусными инфекциями

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-15-00230

НазваниеВысокопроизводительные методы для изучения эволюции и молекулярного надзора за вирусными инфекциями

Руководитель Лукашев Александр Николаевич, Доктор медицинских наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет) , г Москва

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-403 - Медицинская микробиология и вирусология

Ключевые слова вирус, экология, эволюция, эпидемиология, возникающие инфекции, филогенетика

Код ГРНТИ76.03.41

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Пандемия SARS-CoV-2 ярко показала уязвимость нашего общества перед инфекционными заболеваниями. Ответ на пандемию в мире, хотя и был быстрее, чем когда-либо, по-прежнему отставал от распространения вируса. Таким образом, стало еще более ясно, что наш потенциал по всем аспектам реагирования на вспышки возникающих заболеваний недостаточен. Несмотря на то, что в последние 20 лет было проведено значительное количество работ по эволюции коронавирусов, источник и механизм появления вируса SARS-CoV-2 остается загадкой. Кроме того, стало ясно, что технические возможности по секвенированию вирусов превышают наши возможности по анализу и осмыслению данных. В случае SARS-CoV-2 это было частично компенсировано скоординированными усилиями экспертов из других областей. Однако в других областях вирусологии разрыв между нашей способностью генерировать данные и их растущим объемом, с одной стороны, и способностью анализировать их и использовать результаты для получения новых знаний и практических рекомендаций, с другой стороны, увеличивается. При этом очевидна также стратегическая потребность в таких технологиях. В последние годы формируется понимание того, что возникающие инфекции - не случайные события, а закономерные явления, обеспечивающие существование вирусов в биосфере на протяжении всей истории жизни на Земле. Способность менять хозяев, быстро и эффективно осваивать новые экологические ниши, по всей видимости, практически всегда была одной из важнейших фенотипических характеристик вирусов. Данный проект объединяет несколько направлений, общей проблемой которых является необходимость систематизации больших объемов цифровых данных для получения новых фундаментальных знаний и прикладных рекомендаций для системы здравоохранения. Научная новизна данного проекта будет обеспечена комплексностью подхода (биоинформатический, таксономический, эпидемиологический, экспериментальный, экологический), использованием высокопроизводительных биоинформатических инструментов собственной разработки для автоматизации анализа, опытом публикации многочисленных статей в журналах первого квартиля по тематике проекта, сотрудничеством с одной из ведущих групп в мире (Институт вирусологии Университета Шарите, Берлин), тесным взаимодействием с Международным комитетом по таксономии вирусов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Вакуленко Ю.А., Орлов А.В., Лукашев А.Н. Patterns and Temporal Dynamics of Natural Recombination in Noroviruses Viruses, 2023 15(2):372 (год публикации - 2023)
10.3390/v15020372

2. Блинова Е., Девяткин А., Макенов М., Попова Ю., Дзагурова Т. Evolutionary Formation and Distribution of Puumala Virus Genome Variants, Russia Emerging Infectious Diseases, 2023 29(7):1420-1424 (год публикации - 2023)
10.3201/eid2907.221731

3. Франциска Хуфски, Ана Б. Абекасис, Артем Бабаян, Себастьян Бек, Лиам Бриерли, Саймон Делликур, Кристиан Эггелинг, Сантьяго Ф. Елена, Удо Гиратс, Ань Д. Ха, …, Юлия Вакуленко, … Манья Марц The International Virus Bioinformatics Meeting 2023 Viruses, 15(10):2031 (год публикации - 2023)
10.3390/v15102031

4. Иванова О.Е., Еремеева Т.П., Морозова Н.С., Михайлова Ю.М., Козловская Л.И., Байкова О.Ю., Шакарян А.К., Красота А.Ю., Короткова Е.А., Яковчук Е.В., Шустова Е.Ю., Лукашев А.Н. Non-Polio Enteroviruses Isolated by Acute Flaccid Paralysis Surveillance Laboratories in the Russian Federation in 1998-2021: Distinct Epidemiological Features of Types Viruses, 16(1):135 (год публикации - 2024)
10.3390/v16010135

5. Юлия Алешина, Александр Лукашев Mamastrovirus species are shaped by recombination and can be reliably distinguished in ORF1b genome region Virus Evolution (год публикации - 2024)

6. Девяткин А.А., Алешина Ю.А., Карганова Г.Г., Лукашев А.Н. Selection Pressure Profile Suggests Species Criteria among Tick-Borne Orthoflaviviruses Viruses, 16(10):1554 (год публикации - 2024)
10.3390/v16101554

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 г. было завершено исследование по таксономии клещевых флавивирусов. Предложен дополнительный таксономический критерий - соотношение скорости несинонимических и синонимических замен, который отражает соотношение стабилизирующего и модифицирующего отбора между видами. Этот новый критерий вида, а также распределение степени отличия нуклеотидной последовательности, предполагают, что все подтипы вируса клещевого энцефалита, все родственные вирусы энцефаломиелита овец/коз и вирус омской геморрагической лихорадки вместе соответствуют одному виду. Внутри этого вида вирусы делятся на 11 подтипов, которые разделяются пороговым расстоянием в 10% нуклеотидной последовательности. По результатам этой задачи опубликована статья «Selection Pressure Profile Suggests Species Criteria among Tick-Borne Orthoflaviviruses» (10.3390/v16101554). У астровирусов млекопитающих была детально изучена распределение попарных расстояний (процент отличающихся нуклеотидов или аминокислот) между аминокислотными и нуклеотидными последовательностями ORF2 и ORF1b, способность заражать определенных типов хозяев, а также закономерности группирования разных групп астровирусов на филогенетических деревьях. Результаты анализа рекомбинации у астровирусов млекопитающих позволили предложить новый функциональный критерий вида. Предложены изменения в таксономию ряда предложенных ранее видов астровирусов. Показана возможность использования машинного обучения для идентификации класса хозяина (млекопитающие, насекомые или растения) неизвестных вирусов на основании анализа содержания коротких к-меров (фрагментов нуклеотидной последовательности длиной от 1 до 7 нуклеотидов). В зависимости от постановки задачи (степень "новизны" предполагаемого нового вируса) точность предсказания составляла от 95% для вирусов известных родов до 75% для вирусов потенциальных новых родов и 50% для вирусов новых семейств. Показано, что для идентификации коротких фрагментов генома тренировку систем машинного обучения следует производить также на основе коротких фрагментов, а не полных геномов.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты исследования могут быть использованы для высокопроизводительного анализа в целях геномного эпидемиологического надзора на территории РФ. Полученные технологии внедряются в практический анализ циркулирующих вирусов на базе Института системной биологии и медицины Роспотребнадзора, были представлены на тематических конференциях Минздрава и Роспотребнадзора. Методы анализа геномов неизвестных вирусов с использованием машинного обучения могут быть использованы в системе обеспечения биологической безопасности страны.