利用大数据信息挖掘和基因进化方法研究禽流感病毒的跨地域传播

Influenza A virus as an important pathogen has greatly done harm to the public health in history, such as the 1918 H1N1 pandemic, and the recently H7N9 outbreak, which has caused over 300 human infected with over 100 deaths.The influenza virus was naturally reposited within wild waterfowls, and may through the transmission to poultry, and/or pigs and then to infected humans. With on doubt, poultry are one of the key intermediate hosts for human-infecting avian influenza virus. The study of the cross-species transmission has long been one of the key direction of the influenza research. The current H7N9 and H10N8 infections have taught us that varied subtypes of avian influenza viruses were hidden within poultry, which normally did little harm to poultry. Poultry transportation and especially the live poultry markets have provided varied subtype of avian influenza viruses the opportunity to reassort for novel influenza viruses. Therefore, it is important to discern the poultry transportation network and the status of virus transmissoin across it. For this purpose, we proposed to conduct this project to study the avian influenza transmitted along the avian transportation network. We plan to apply methods of the big data, as well as the virus gene phylogenetics to dicipher the transmission route respectively. And then by applying the integration, we wish to construct the avian influenza virus transmissoin network. We will following to study the dynamics of the network and then to predict the trends of each subtypes of avian influenza virus in China.

流感病毒作为一类重要的造成呼吸道感染的病毒，一直以来引起国际上的高度关注。研究流感病毒的跨种间传播和遗传变异规律是进行流感病毒研究中的一个重要科学问题。而H5N1、以及H7N9和H10N8等流感病毒感染人的事件告诉我们，病毒可以直接通过家禽到人传播，而不需要经过猪进行病毒混合。我们的前期研究结果表明H7N9病毒仍然在与我国家禽中的H9N2病毒进行动态重配，从而获得新的性状。由于我国家禽中普遍存在以H9N2为主的多种亚型的流感病毒，因此对于家禽中禽流感病毒的流行趋势的判断以及进行风险评估变得尤为重要。本研究将主要面向流感病毒在我国家禽中传播路径和规律问题，拟采用大数据信息挖掘与病毒基因进化的方法来描画不同亚型的禽流感病毒在我国家禽运输和交易网络中的演化，并最终预测各个地理区域与时间跨度内的发病风险。

禽流感病毒的跨种间传播和遗传变异规律是流感病毒研究中的一个重要科学问题。研究结果表明H7N9 病毒仍然在与我国家禽中的H9N2 病毒进行动态重配，从而获得新的性状，因此，对于家禽中禽流感病毒的流行趋势的判断以及进行风险评估变得尤为重要。本项目建立了利用大数据信息挖掘与病毒基因进化的方法，描画禽流感病毒在我国家禽运输网络中的演化规律。本项目重点研究了以H5N6、H7N9为代表的家禽源禽流感病毒的传播网络演化规律。研究结果清晰的揭示了在我国流行的H5N6亚型禽流感的传播规律，提出了通过H5亚型禽流感病毒与H6N6亚型禽流感病毒的基因重配，演化出多种H5N6病毒基因型。这种复杂的基因多态性一方面反映了我国复杂的家禽传播网络和病毒重配模式；同时，这种多态性赋予了病毒更加广泛的宿主感染范围，该病毒可以感染包括家鸭、鸡、鹅、猫、人在内的多个物种。本项目研究结果同时对于在我国出现的高致病H7N9禽流感的传播规律和致病性进行了生物信息学研究。研究结果揭示了该病毒首次出现在我国的广东地区（2017年1月），该病毒出现后，沿着广东省的家禽网络进行传播，之后扩散到多个地区，造成加大规模的感染。通过对于病毒基因的分析，发现该病毒是由在我国持续流行的低致病H7N9禽流感病毒演化而来，病毒在影响毒力的HA裂解位点出现了至少3个多态性特征，这也是导致病毒毒力增加的最直接原因。进一步的基因分析发现了病毒存在有哺乳动物适应性特征，在病毒PB2基因存在有E627K，A588V和D701N突变。这些突变显著增加了病毒对于小鼠的感染和致病能力。以上研究结果对我理解我国禽流感病毒的传播规律、解释病毒起源提供了重要的理论和数据支撑，为我国的禽流感病毒防控提供了重要理论依据。