SARS-CoV-2变异的三角洲和三角洲和使其在世界各地,然而这些只是两个数以百计的独特的突变被特隆,德国美因茨的一个研究所。使用他们的公开CoVigator网络研究工具,研究人员和科学家可以导航特隆广泛的数据库跟踪病毒的进化bio-geographical使用来自成千上万的基因序列COVID-19病人。

特隆gGmbH是一个非营利研究机构建立独立分拆的大学医学中心美因茨大学(德国)。特隆,意思是“平移肿瘤学”桥梁科学研究和制药应用之间的差距,进行小说研究发现免疫机制和治疗免疫系统的调制。他们的研究主要针对癌症,但与2020年流感大流行的发展中,他们运用他们的工具和专业知识编制生活SARS-CoV-2突变的数据库。

“疫苗旨在引发人体免疫系统识别入侵的病毒或细菌,通常做它,消除它,”马丁解释低,生物标记发展中心副主任(BDC)特隆。“但开发一种疫苗需要理解的病毒或细菌侵入人体细胞和它所做的修改。我们分析基因组寻找特定的DNA的突变,这是重要的理解疾病的演变和个性化药物如何影响不同病人的疾病。”

整个2020年,COVID-19发展成为一个全球大流行,全球数以百万计的人感染,这些不同人群提供主机SARS-CoV-2病毒可以通过突变进化的地方。突变变异相当兴趣的卫生专业人员和科学家开发疫苗对抗疾病的传播。我们看到的危险影响突变的三角洲变体SARS-CoV-2感染免疫个体和传播恶毒地未接种疫苗。

2020年,几项研究已经报道不同的菌株和提高突变率,特隆科学家们感兴趣的进化可能如何影响疫苗的有效性,因为他们开始出现。所以,他们开始分析SARS-CoV-2病毒spike-glycoprotein(峰值蛋白质),即功能它使用入侵人类宿主细胞。信使rna批准使用的疫苗设计对峰值蛋白质诱导免疫反应。

“当我们开始的时候,几乎没有病毒的基因组信息,”Thomas Bukur说,生物信息学家特隆。“但是我们很快意识到这种病毒可能变异和进化。我们也意识到,越来越多的国家开始大规模测序计划。我们想创建一个收集所有这些病毒的信息和理解变异在不同人口和地理区域。”

大型和不同存储库创建的测序计划的病毒DNA序列读取。这些序列继续导致发现变异的病毒,如三角洲,但峰值蛋白质数据库的跨地域发展和个人并不是可用的。特隆使用这些存储库开始寻找变异的蛋白质。

CoVigator截图。信贷:特隆

发现突变以超级计算能力

寻找基因变异是一个复杂的过程,涉及很多强大的计算机的计算。整个基因组是一个下一代的碱基对序列的短片段序列对齐(上天)机器。SARS-CoV-2 DNA由30000个碱基对(相对于人类基因组的32亿个碱基对)。病毒的基因组库提供全基因组装配和序列数据集,首先必须一致,就像从30000块拼图块放在一起。一旦一致,特隆的分析看原始的具体差异,“野生型”参考基因组和样本被研究。被注解为变体的差异(突变),从成千上万的样本,可以添加到数以百万计的变体。

特隆识别非同义突变的蛋白质,科学家建立了一个计算管道,处理和利用各种基因组生物信息学工具。 这 冠状病毒导航器(CoVigator)总会在 管道包括修剪、对齐、变种和其他任务使用 从许多基因组软件存储库开源工具,包括广泛的基因组分析工具包(GATK),BCFtools,LoFreq和iVar。 他们在Nextflow CoVigator挥动管道实现框架和公开GitHub供其他研究人员使用。

特隆的主要工作集中在癌症和其他疾病的医疗需要。分配现有计算资源远离SARS-CoV-2分析工作可以推迟其他重要发现。处理primeLine解决方案和英特尔的大流行应对技术倡议特隆,英特尔收购了十个新服务器系统节点建立在第二代英特尔至强可伸缩的处理器。新系统给了特隆960专用线程运行在并行的方式,成千上万的任务分析。 特隆现在能够分析和处理超过20000测序数据集在不到三个小时,提供near-real-time-analysis增长不断的公开数据集。

SARS-CoV-2 CoVigator提供了一个新的视角

特隆的初步研究中,产生了预印,使用146917全基因组总成和2393下一代测序(上天)数据集从GISAID NCBI病毒和NCBI SRA档案。这项研究表明,一小部分样本包含了野生型蛋白没有变化,但它发现了2592个不同的变体在所有样本。变异率很低,但随着时间的增加。此外,特隆发现subclonal变异,表明潜在的合并感染各种SARS-CoV-2菌株和/或主机内病毒的进化,加上变异可能影响抗体绑定或t细胞识别。

从研究“最有趣的发现,”评论低,”看到的许多变体的蛋白质。其次,能够回到过去一年半和跟踪如何进化提供了新的视角。我们甚至能够检测出微小的变化在其进化的早期。我们可以看到它是如何开始在一个病人和变异在病人几个变种和人口和地理区域。因为病毒继续环游世界,我们看到了突变是如何跨越全球。”

较低的 指出,虽然他们没有第一顺序,但B.1.1.7(英国)血统的特征是17的积累variants-eight位于飙升的蛋白质。 考虑变异的发现,包括最新的变体δδ加,重要的是要继续监视和目录SAR-CoV-2的进化和变异对疫苗的影响。

“我们现在知道,免疫系统不能识别整个蛋白质,“补充道 低。 “识别特定的一小部分的蛋白质抗原表位。人研究了疫苗引发的免疫系统来识别这些抗原表位。我们想继续看看是否突变我们确定改变免疫系统检测的抗原表位。这是疫苗生产商和科学家想知道。”

未来的大流行的工具

特隆的工作给了我们新的见解SARS-CoV-2病毒 但这项研究只是努力的开始首先理解然后帮助科学家们持续监控和分析病毒的进化。T 继承人小说作品结合了大量的数据到一个单独的资源,不仅使科学家们能够看很多低频变异,但看相同的变体在许多主机并行,呈现不同的维度一起在一个数据库中。

“没有新的计算资源,我们可以只完成了最初的研究中,“Bukur。“新系统,我们能够提供持续的研究,从数以百万计的样品和下载数据过程并行识别突起蛋白变体。一旦我们有结果,我们发布他们CoVigator web服务指示板。有了这个平台,我们能够保持工作和研究团体提供的最新数据。”

理解新的和已知病毒的突变是至关重要的能够解决和持续管理广泛的和危险的疾病治疗反应。肯定会有其他独特的大流行。与气候变化,科学家们正在看迁移现有危险的热带疾病的赤道地区为温带。这些威胁将创建医疗的新挑战。工作流和管道由特隆科学家可以迅速适应新的病毒和病毒株,为合作提供新的工具immuno-biology研究和响应。

“在某种程度上,我们可以发现这些变异在测序,”总结道 低, ”,可以看到单个病人的个体变异,现在几个月后更危险的变种,如三角洲。但看到这些非常小的变化相当早,决定是否这是一个变体或者只是随机波动的数据意味着我们密切合作的噪音水平。但我们知道,我们可以具体的,因为我们现在知道临界变异发生。这将不会是最后一次大流行。我们希望利用所学开发后续病毒的早期检测方法及其突变。”

了解更多关于特隆CoVigator挥动管道。