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보고서 상세정보

인플루엔자 바이러스 유전자 분절의 유래 규명을 위한 생물정보학적 분석기법 연구
Bioinformatics Analysis on Fragment Sequences of Influenza Virus for Finding Their Origin

  • 사업명

    농림축산검역검사기술개발

  • 과제명

    인플루엔자 바이러스 유전자 분절의 유래 규명을 위한 생물정보학적 분석기법 연구

  • 주관연구기관

    (주)인실리코젠

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2014-05

  • 과제시작년도

    2014

  • 주관부처

    농림축산식품부
    Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA)

  • 등록번호

    TRKO201600000755

  • 과제고유번호

    1545008885

  • 키워드

    인플루엔자.바이러스.유래 숙주 분석.숙주 특이적 프라이머.Influenza.virus.host origin analysis.host specific primer.

  • DB 구축일자

    2016-04-30

  • DOI

    https://doi.org/10.23000/TRKO201600000755

  • 초록 


    This project aims to construct the protocol and pipline for surveying cross infection of influenza virus using bioinformatics ski...

    This project aims to construct the protocol and pipline for surveying cross infection of influenza virus using bioinformatics skills. And the main purpose are collecting of animal influenza virus sequences, construct bioinformatics analysis skill for influenza virus and host origin analysis. In this project, we focused several type of virus those has avian, canine, equine, human or swine as host. And whole full-length virus sequences are collected with each meta information(host, segment, subtype, country, year). Every information with sequences are imported DB and summarized. Collected sequences are 198,055s, include human(53.67%), avian(36.17%), swine(9.25%). Sequences are has same information in 6 meta fields, are grouped as lineage sequence group. Consensus sequence is extracted by multiple alignment from each lineage sequence group that representative each groups as lineage sequence. 26,180 lineage sequence is collected from these step and it was imported sequence DB sorted by host and segment information.
    Host origin analysis protocol was developed 2 method, 'simple method' and 'detail method'. Simple method use lineage sequences and quickly make analysis result, and Detail method is slow than Simple method but make more exact analysis result. To evalute this methods, 2013 avian influenza virus(H7N9)'s segement sequence, NP, HA, NA is used to this test. Each segenmet sequence is generally known is is originated from duck and chicken influenza virus and reassortment event was occurred in avian then it was cross-infected to human. The result of test indicated test sequences known origin hosts.
    These protocols are developed as a package program 'IVHOA(Influenza Virus Host Origin Analysis)' using programming language 'Python'. This package included 4 main sub program, 'preparation of reference data', 'make lineage sequence', 'origin host analysis' and 'visualization'
    For more quick origin host analysis, we also designed host specific primer sets that can be easily used by RT-PCR experiments. the primer sets for canine and equine are designed already and the evaluation experiment are ongoing.


    본 연구과제에서는 계통 분류 기법과, 생물정보학적 기술을 이용하여 인플루엔자 바이러스의 이동 및 전파 양상을 파악을 위한 파이프라인의 개발 및 분석 기반을 마련하고자 하며, 동물 인플루엔자 바이러스 유전자 데이터의 수집 및 생물정보...

    본 연구과제에서는 계통 분류 기법과, 생물정보학적 기술을 이용하여 인플루엔자 바이러스의 이동 및 전파 양상을 파악을 위한 파이프라인의 개발 및 분석 기반을 마련하고자 하며, 동물 인플루엔자 바이러스 유전자 데이터의 수집 및 생물정보학적 분석기법 개발 그리고 숙주 특이적 프라이머 설계를 목표로 한다. 특히, 인간과 유사도가 높은 주요 동물(조류, 돼지, 말, 개)을 숙주로 하는 인플루엔자 바이러스를 대상으로 하였다. 생물정보학적 연구방법은 진화적인 계통 분류 기법에 기반하고 있으며, 이를 통한 주요 동물 사이의 계통 변종을 분석하는 자동화된 파이프라인을 구축하기 위한 분석기법을 확립하고 그 분석기법을 활용하여 실무에서 바로 이용할 수 있는 프로그램 개발과 숙주 특이적 프라이머 설계를 수행하고자 한다.
    연구를 위해 NCBI, Influenza Virus Resource에서 5개 숙주(Avian, Canine, Equine, Human, Swine)의 8개 segment(PB1, PB2, PA, HA, NP, NA, MP, NS)에 해당하는 모든 full-length 염기서열을 다운로드 받았다. 또한 모든 서열의 type, host, country, segment, subtype 정보를 정리한 데이터도 다운로드 받아 준비 하였다. 준비된 염기서열은 모두 198,055개 서열이며 Human(53.67%)이 가장 많고, Avian(36.17%)과 Swine(9.25%)이 다음으로 많다.
    8개 분절 서열의 기준서열을 결정하기 위해 type, segment, host, subtype, country, year 이 6개 메타정보가 동일한 서열들은 같은 시기, 같은 지역에 같은 subtype의 바이러스 서열이라고 가정하여, 6개 메타정보가 동일한 서열들을 같은 그룹으로 지정한 후 multiple alignment를 수행하고 consensus 서열을 추출하여 그 그룹의 기준서열로 결정하였다. 총 26,180건의 alignment 데이터와 결정된 기준서열 데이터가 생성되었으며, 이를 각 분절과 숙주별로 분류하여 저장하였다.
    동물인플루엔자 바이러스 유전자 분절의 숙주 유래 예측 프로토콜은 기준서열을 이용하여 분석 속도가 빠르면서 비교적 명확하게 유래 숙주 판정을 할 수 있는 간편법과 원본서열을 이용하여 비교적 속도는 느리지만 좀 더 정확한 유래 숙주 판정 결과를 제시하는 세분법으로 정립 되었다.
    이를 검증하기 위해 2013년 봄, 상하이에서 발생한 조류 독감 바이러스(H7N9)의 유전자 분절을 테스트 하였다. 이 바이러스는 서로 다른 subtype 의 오리와 닭의 독감 바이러스에서 유래된 유전자 분절들이 닭에서 재조합 된 후 사람에게 전파되었을 것이라고 알려져 있다. 이 유전자 분절을 기준서열에 테스트한 결과 subtype이 동일한 기준서열이 예측되었고, 유래 숙주도 비교적 정확히 예측되는 것을 확인하였다.
    정립된 유래 숙주 예측 프로토콜은 Python등의 프로그래밍 언어를 이용하여 IVHOA(Influenza Virus Host Origin Analysis)라는 패키지 프로그램으로 개발되었으며, reference 데이터 준비, 기준 서열 결정, 유래숙주 분석, 유래숙주경로 가시화 등의 서브 프로그램으로 구성되어 있다. 유래 숙주 분석 파이프라인의 최종 결과물로써 다중서열정렬 및 계통수 등의 중간 결과 파일들과 예측된 유래 숙주 서열의 이동 경로가 host, country, year를 축으로 하는 plot에 가시화된 그래프를 출력한다.
    또한 인플루엔자 바이러스의 신속한 진단과 감시를 위한 키트 개발을 목적으로 각 숙주 바이러스 특이적 프라이머 설계를 수행하였다. Canine과 Equine은 비교적 변이가 적어 모든 분절을 구분 할 수 있는 프라이머가 설계 되었으며 현재 테스트 샘플을 이용한 실험중에 있다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 총괄 연구과제 요약 ... 2
    3. 연구결과보고서 요약문 ... 4
    4. Summary ... 5
    5. 제1장 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 6
    6. 1.1 총괄연구개발과제의 목표 ... 6
    7. 1.2 총괄연구개발과제의 목표달성도 ... 8
    8. 1.3...
    1. 표지 ... 1
    2. 총괄 연구과제 요약 ... 2
    3. 연구결과보고서 요약문 ... 4
    4. Summary ... 5
    5. 제1장 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 6
    6. 1.1 총괄연구개발과제의 목표 ... 6
    7. 1.2 총괄연구개발과제의 목표달성도 ... 8
    8. 1.3 국내·외 기술개발 현황 ... 9
    9. 제2장 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 방법 ... 12
    10. 2.1 동물인플루엔자 바이러스 유전자 자료의 체계적 수집 ... 12
    11. 2.2 유전자 분절의 유래 규명을 위한 기준 서열 결정 생물정보기법 개발 ... 12
    12. 2.3 동물인플루엔자 reassortment 분석 프로세스 정립 ... 13
    13. 2.4 동물인플루엔자 숙주 유래 분석법 시험 결과 ... 17
    14. 2.5 유래숙주 서열 분석 프로토콜 개선 ... 18
    15. 2.6 야외주 서열의 유래숙주서열 분석 프로토콜 기반의 개발 ... 19
    16. 2.7 숙주 특이적 프라이머 설계 ... 24
    17. 제3장 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 결과 ... 27
    18. 3.1 동물 인플루엔자 바이러스 유전자 자료 수집 결과 ... 27
    19. 3.2 유래 숙주 분석 패키지 프로그램(IVHOA) 개발 결과 ... 28
    20. 3.3 유래 숙주 서열 분석 프로그램 개발 테스트 ... 39
    21. 3.4 숙주 특이적 프라이머 설계 ... 42
    22. 제4장 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 50
    23. 제5장 총괄연구개발과제의 연구성과 ... 51
    24. 5.1 활용성과 ... 51
    25. 5.2 활용계획 ... 52
    26. 제6장 기타 중요변경사항 ... 52
    27. 제7장 참고문헌 ... 52
    28. 제8장 첨부서류 ... 52
    29. 끝페이지 ... 52
  • 참고문헌

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