病毒研究进展（99卷）­——跟随Loeffler的脚步——高通量时代的病毒基因组学

Advances in Virus Research——In Loeffler’s Footsteps – Viral Genomics in the Era of High-Throughput Sequencing

 

作者：Martin Beer,Dirk Höper

出版：academic press

索书号：Q939.4/S653a/2017/V.99/Y

ISBN:  978-0128125984

藏书地点： 武大外教中心

 

病毒学的历史是一个理论和技术发明突破的历史。19世纪末，陶瓷或硅藻石制成的滤嘴的发展，阻止了细菌的滋生，使人们能够识别比细菌更小的传染性病原体，这些病原体在当时已知的用于培养细菌的培养基上是无法培育的，在更精细的颗粒过滤器也能观察到。这种超难降解的新型感染因子实际上是颗粒性的。植物和动物的感染首先被归因于这些微小的实体。证据来自自然宿主(包括人类)的实验性感染。因此，鉴定的前30种病毒中，有20种是兽医病毒，即通过家禽和家畜的传染媒介。在20世纪初细菌里也有病毒的发现，扩大了病毒的范围直到今天。滤过性和超滤性一直是病毒鉴定的一个标志，直到20世纪30年代末电子显微镜的出现，标志着病毒学的另一个技术突破。细胞培养技术允许病毒在受感染的机体外传播。在过去的几十年里，分子生物学的出现和发展带来了更多的创新，最终以前所未有的速度和深度，利用下一代测序和元基因组分析，快速准确地测定包括病毒在内的各种生物的基因组物质。因此，不断检测到新的病毒，包括前所未有的大小和形状的样本也就不足为奇了。病毒学家一致认为，病毒的世界是巨大的，而且只有一小部分已经被探索过。

随着高通量测序技术在过去十年的应用，“病毒的发现”开辟了一个打开了新世界的大门。虽然科学的元基因组分析是在高通量测序时代开始之前建立的，但第一代第二代测序仪的可用性为诊断学家使用测序技术检测病原体开启了新的序幕。今天，诊断宏基因组学正成为检测和鉴定新病毒或新病毒变异的标准。

2011年末，荷兰和德国边境地区的奶牛出现了发热、腹泻和产奶量下降等非特异性临床症状。通过靶向诊断系统排除经典的区域性和新兴病毒后，对急性病牛的血液样本进行宏基因组学分析。一种昆虫传播的辛布血清群原病毒被确定为病原体，并命名为施马伦贝格病毒(SBV)。这是利用下一代测序新技术首次检测到欧洲引入一种具有兽医学上的重要新型病毒。随后从用于昆虫和哺乳动物细胞系的元基因组学分析的相同样本中分离出该病毒，并在实验感染了这两种病毒的犊牛身上重复复制了疾病症状。SBV自出现以来，在整个欧洲反刍动物种群中迅速传播，在成年动物中引起轻微的非特异性疾病，但也会导致早产或死产和严重的胎儿畸形，在妊娠的关键阶段感染胎儿的免疫系统。在随后的几年里，SBV定期再循环的范围更大；在2014年和2016年的病媒季节，该病毒再次在成年反刍动物的血液中反复检测，在随后的冬、春两个月，一些畸形的小牛和羊羔出生了。病毒血症成年动物的病毒基因组具有很高的序列稳定性；在2012 - 2016年产生的序列中，与最初的SBV分离株相比，只能检测到少量的被氨基酸。相反，在畸形新生儿大脑中存在的病毒的糖蛋白GC编码区域的氨基末端发现了高序列变异性。这种突变热点与样本来源的区域或宿主物种无关，并可能参与免疫逃避机制。

1975年首次发现了星形病毒是婴儿腹泻的主要原因之一。在最初的几年里，星状病毒的研究主要局限于电子显微镜和血清学研究。在体外培养这些病毒的能力使我们向前迈出了第一步，尤其是在分子水平上。然而，自从更强大的遗传学方法出现以来，这一研究领域的面貌发生了巨大的变化和演变。从在最多样化的动物物种中发现的新星形病毒株的指数级数量，到它们与非典型性疾病的关联，这些病毒揭示了许多令人惊讶的东西，而且可能还有更多有待发现。

瘟病毒属可感染家畜，如猪、牛和羊，也可感染野生动物，如野猪和不同种类的鹿。尽管几十年来只有四个经典的物种(古典猪瘟病毒、牛病毒性腹泻病毒类型1和2，边境疾病病毒)，和一些所谓的非典型瘟病毒属是已知的(例如，长颈鹿病毒，病毒，叉角羚病毒)，在过去确定了一系列新型瘟病毒属的(蝙蝠瘟病毒属，挪威鼠瘟病毒属、非典型性猪疫病毒，琳达病毒)。2003年在澳大利亚某猪场出现猪的非典型瘟病毒，后被称为Bungowannah病毒（BV）可以被分离出来，并通过经典测序进一步鉴定其特征，但是所有其他最新的新型瘟病毒属都是通过使用下一代测序技术的宏基因组学鉴定出来的。在这里，我们描述这些新病毒及其发现和特性。在新物种和新病毒或病毒类型中出现的经典瘟病毒属之间进行分化。

蓝舌病毒(BTV)是蓝舌病毒科内的一种环状病毒属病毒。蓝舌病病毒通过库蠓的叮咬在反刍动物宿主之间传播。严重的BT病例的症状包括出血热，特别是羊，生产力下降和死亡。迄今为止，已有27种BTV血清型被记录在案。这些包括非典型BTV的新分离株，它们已几乎完全利用深度测序技术进行了特征鉴定，并且不依赖库蠓属载体在宿主之间传播。由于BT具有较高的经济影响，它是国际兽疫局(OIE)所列的一种疾病，在国际商业交易中受到严格控制。在20世纪，BTV在亚热带地区流行。在过去的15年里，新型的九个“典型”BTV血清型(1，2，4，6，8，9，11，14，16)入侵欧洲，其中一些造成疾病出人意料地出现在牛羊牲畜(尤其是血清型8)。如2006年夏天开始的北欧BTV-8暴发所示的那样，经典的血清型特异性灭活疫苗虽然昂贵，但在控制病毒暴发方面非常成功。深度测序方法的技术飞跃使得从分离物和组织中快速全面诠释BTV基因组成为可能。下一代测序(NGS)方法是在精细尺度上研究BTV基因组变异性的有力工具。本文提供了NGS如何影响我们对BTV基因组的认识的信息。

2010年，一种名为博克洛蝙蝠溶血病毒(BBLV)的新型病毒从德国的一种纳氏鼠耳蝠中分离出来。近年来，在德国和法国又分离出两种病毒，它们都来自同一种蝙蝠，并且都在垂死或死亡的蝙蝠身上发现。有趣的是，他们都是被孤立的蝙蝠，一个来自德国，被发现在一个普通伏翼蝙蝠，在欧洲广泛和丰富的蝙蝠物种。系统发育分析清楚地显示了这种溶血病毒物种中存在两种不同的谱系:谱系A和谱系b。这两种谱系的空间分布仍然令人困惑，因为它们都包含来自法国和德国的分离株；虽然在德国分离株的聚集在区域尺度上被观察到。在蝙蝠宿主水平，我们证明了BBLV在疾病晚期的分布似乎存在的量是巨大的，因为病毒RNA在许多不同的器官中被检测到。

《病毒研究进展（99卷）¬——跟随Loeffler的脚步——高通量时代的病毒基因组学》一书于2017年由academic press出版，作者为Martin Beer,Dirk Höper。

《病毒研究进展（99卷）¬——跟随Loeffler的脚步——高通量时代的病毒基因组学》一书，作者展现了计算机技术辅助研究基因组结构，生物功能和病毒的进化，这仍然是一个很大程度上被忽视的研究领域。生物信息学家对在医学和生物学的重要性重视程度方面这一具有挑战性的领域的关注程度还是不够重视。新基因组测序技术的力量，与处理“大数据”的新工具相关联，为解决病毒学中的基本问题提供了前所未有的技术支持。本文概述了当前的技术的挑战和优势，为下一代测序(NGS)技术在病毒学领域提供理论支持。介绍了如何从当前的短读NGS数据中检测病毒序列。此外，我们还讨论了病毒种属的挑战和应用，以及如何通过计算预测通常由RNA病毒形成的二级结构。病毒的系统发育分析是病毒学中另一个普遍存在的领域，它是描述病毒流行的基本要素，对现有的算法提出了挑战。最近，第一个专门的病毒生物信息学组织已经成立。需要将病毒学家和生物信息学家聚集在一起，为在地方和国际范围内实施跨学科合作项目提供平台。最重要的是，迫切需要专门的软件工具来处理病毒学中的各种挑战。

《病毒研究进展（99卷）¬——跟随Loeffler的脚步——高通量时代的病毒基因组学》一书作为病毒学专业研究读物，内容全面，语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：

1、 本书在每一章的结尾突出对未来潜力的展望，以激发在这一令人兴奋和富有成果的研究领域继续研究的新思想和动机。

2、 本书提供了关于化学、结构、模型系统和用于高通量时代的病毒基因组学的研究。一个主要的焦点是高通量时代的病毒基因组学在不同的生理过程和疾病中的突出地位，以及在不同学科中的应用。这本书旨在阐明高通量时代的病毒基因组学聚集科学的意义和美，并为希望从事高通量时代的病毒基因组学研究的学者以及已经从事该领域工作的科学家提供一个切入点。

3、本书的最后还列有涉及到的专业名词的索引，方便读者查找。

总的说来， 《病毒研究进展（99卷）¬——跟随Loeffler的脚步——高通量时代的病毒基因组学》一书为想要了解 的人员提供了清晰的导读路径，作为病毒学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。

 

本书目录：

 

第一章 第一个“病毒猎人”

Thomas c. Mettenleiter

1. 介绍

2. 第一批“病毒猎人”

3 亨利-洛夫勒-科赫假设

4 世界上第一个病毒研究机构Greifswald/Insel Riems

5 早期病毒的发现

6 病毒的本质

致谢

参考文献

进一步的阅读

 

第二章 Loeffler 4.0:诊断宏基因组学

Dirk Höper, Claudia Wylezich, and Martin Beer

1.      介绍

2.      诊断元基因组学的技术考虑

3.      最近发现的病毒动物疾病和带状疱疹

4.      食品安全元基因组学

5.      用于(兽医)病毒学基础研究的元基因组学

6.      结论以及未来的发展方向

参考文献

 

第三章 施马伦贝格病毒:一种具有兽医学重要性的新型病毒

Kerstin Wernike and Martin Beer

1.      首次检测到施马伦贝格病毒并开始传播

2.      追随Loffrer的脚步:从第一次发现到科赫假设的实现

3.      自2011年以来，对该病毒及其传播和临床表现的认识有所增加

4.      分子特性和遗传变异

5.      建立了诊断和预防SBV感染的方法

6.      现状

7.      总结

致谢

参考文献

 

第四章 评估啮齿动物传播病毒的多样性:探索高通量测序和经典扩增/测序方法

1. 啮齿动物:人畜共患病病原体的重要宿主

2. 鼠媒病毒的历史及其发现

3. PCR介导的新型病毒鉴定

4. 采用高通量测序枪进行病毒捕获

5. 高温超导技术在啮齿动物病毒诊断中的应用

6. 在啮齿动物标本中发现病毒的工作流程

7. 结论

致谢

参考文献

进一步的阅读

 

第五章 哺乳动物星状病毒的扩展领域:临床病毒学的机遇与挑战

Céline L. Boujon, Michel C. Koch, and Torsten Seuberlich

1. 介绍

2. 星形病毒的分类

3. 星形病毒的分子生物学

4. 用于星状病毒检测和研究的工具

5. 星状病毒在前基因组时代的发现

6. 人类的新型星形病毒

7. 星状病毒在哺乳动物身上的发现

8. 与疾病的关系

9. 神经系统疾病中的星形病毒

10. 星形病毒在非肠道和非神经组织中的感染

11. 星形病毒与疾病的因果关系

12. 寄主特异性、种内传播和进化动力学

13. 结论和观点

致谢

参考文献

 

第六章 瘟病毒属家族正在茂盛

1介绍

2新物种中的两种典型的病毒

3非典型瘟病毒属

4结论和启示

参考文献

 

第七章 蓝舌病毒：从BTV-1到BTV-27

Gulume Belbis, Stéphan Zientara, Emmanuel Bréard, Corinne Saileau, Grégory Caignard, Damien Vitour, and Houssam Attoui

1. 介绍

2. 蓝舌病病毒

3. BTV发病机理

4流行病学情况

5. NGS显著提高了BTV基因组鉴定的可行性

6. 结论

参考文献

 

第八章 最近发现的Bokeloh蝙蝠裂解病毒:了解其在欧洲的遗传异质性和空间分布及其主要宿主的种群遗传学

Elisa Eggerbauer, Cécile Troupin, Karsten Passior, Florian Pfaff, Dirk Höper,Antonie Neubauer-Juric, Stephanie Haberl, Christiane Bouchier, Thomas C. Mettenleiter, Hervé Bourhy, Thomas Müller, Laurent Dacheux,and Conrad M. Freuling

1介绍

2 BBLV:一种新型的蝙蝠溶血病毒首次在德国出现

3进一步调查德国和法国蝙蝠中是否存在BBLV

4讨论

致谢

参考文献

 

第九章 专门用于病毒序列分析的软件风靡全球

Martin Hölzer and Manja Marz

1.      新一代测序

2.      检测新生病毒

3.      病毒准物种

4.      RNA病毒的二级结构

5.      转录组宿主对病毒感染的反应分析

6.      病毒发展史/ 动植物种类进化史

7.      结论和未来展望

参考文献