建置新一代高通量定序分析平台：從定序、功能、到系統生物網路---病毒之多源性基因體學與應用

多源基因體學（metagenomics）是近幾年才興起的一門學科，指的是在不經過實驗室針對個別物種之特定分離（isolation）與培養（cultivation）程序的前提下，應用現代基因體學之各項技術，來研究自然存活於特定環境中微生物社群（communities of microbial organisms）的學問。病毒（viruses）是目前地球上所知數量最多的生物體（biological entities），它門的分類與其他物種（包含細菌）大不相同，因為它們並不具有如真核細胞或細菌等生物基因中ribosomal RNA 之物種特徵。多數病毒極難在實驗室中培養出來，而且病毒的基因多變，不同種病毒間少有相同的基因，以序列比對來偵測病毒仍存在許多困難，一般相信仍有許多病毒尚未揭露於世。次世代定序技術（next-generation sequencing，簡稱NGS）為研究病毒多源基因體學的一項重要工具，因為NGS 方法並不須要生物樣本的培養與基因的放大及選殖，而其超高通量的多源性基因序列，透過適當的比對之後，不但可以協助發現新品種的病毒，也可鑑定出已知病毒的「多型性」(polymorphism，通常表現為不同位置的單點核苷酸差異，被稱為病毒的quasi-species），藉此了解此類核苷酸差異是否導致胺基酸變化，進而產生功能性或結構性的改變。在這個三年計畫中，我們將透過分析 NGS 之基因片段，來進行多源性病毒基因體學的研究，目的在於發展一個適合病毒NGS 序列分析之平台，以協助新興病毒感染症之研究。具體作法包括建立可供病毒性多源基因體分類的物種基因資料庫，並對多源基因體序列比對與分類，建立其微生物型錄；針對所發現到的病毒基因作變異度及演化之分析，偵測病毒單點核苷酸變異並註解其對病毒功能性之影響；發掘病毒宿主的miRNA 或其他small RNA，以探討病毒與宿主間之交互作用；組合多源性基因序列，並對未知基因作分析與註解，以期發現新的病毒。在建構資訊平台的過程當中，我們會積極與這個整合型計劃的其他子計畫合作。比方說，在短序列基因組合的部分，我們會應用到子計畫一的de novo assembly；在對未知基因的註解部分，我們會應用到子計畫二的structural variation detection，與子計畫四的gene finding algorithms；在搜尋miRNA 方面，我們也將與子計畫六合作，應用其所發展的small RNA 搜尋方法。在實際應用方面，將由本計畫的共同主持人，長庚大學新興病毒感染症研究中心主任施信如教授協助提供病毒檢驗和演化方面的知識，以及檢體與NGS 樣本的取得，確保我們的平台建置與分析結果對病毒感染症的防治有所貢獻。

系統編號:PB10101-3617
原計畫編號:NSC100-2221-E182-056-MY3