3月31日下午，山东第一医科大学医学人工智能与大数据学院特邀南京师范大学教授、博士生导师，生命科学学院副院长，国家优秀青年科学基金获得者韩管助教授座客“智能医学讲堂”，作为首讲嘉宾在科创中心报告厅作了题为《基因组大数据背景下的病毒进化和多样性》的专题报告，分享他在病毒学领域多年的研究工作进展和成果。
韩管助教授以病毒的远古演化为序，循序渐进地为大家揭开病毒演化的神秘面纱。
一、病毒进化分析的重要意义
进化分析(phylogenetic analysis)，就是根据特征或者距离数据确定基因物种起源和发生关系的方法,分析的结果通常以系统发育树(phylogenetic tree)的形式直观地呈现出来。通过该方法不仅可以对病毒流行病病原进行鉴定和分类，溯源病毒及其流行规律，还可以了解病毒毒力改变的进化机制，从而有利于增加相关传染病的防控措施。理解病毒进化对于病毒流行病的监测、防控以及预测具有十分重要的意义。
二、病毒的分类体系
世界上的病毒千奇百怪，数量极多，生活周期又各具特征。病毒仅由基因组核酸和蛋白质组成，而自己却没有蛋白质翻译需要的一系列条件，所以只能依赖宿主细胞的核糖体来翻译mRNA上的遗传信息。在从病毒基因组到蛋白质的过程中，必须要生成mRNA来完成蛋白质合成和基因组的复制，但每一个病毒家族都采用不同的机制来完成这一过程。病毒基因组可以是单链或双链的RNA或DNA，可以有也可以没有反转录酶。而且，单链RNA病毒可以是正义（+）或反义（-）。基于病毒mRNA的生成机制，戴维·巴尔的摩以基因组和病毒转录mRNA方式为区分将病毒分为七类系统（见下图）。
第一类是双链DNA病毒（如腺病毒、疱疹病毒、痘病毒）；第二类是单链DNA病毒（+）DNA（如小DNA病毒）；第三类是双链RNA病毒（如呼肠孤病毒）；第四类是（+）单链RNA病毒（如微小核糖核酸病毒、披盖病毒）；第五类是（-）单链RNA病毒（如正黏液病毒、炮弹病毒）；第六类是单链RNA反转录病毒（如反转录病毒）；第七类是双链DNA反转录病毒（如肝病毒）。
逆转录病毒感染脊椎动物，可引发多种疾病（如艾滋病和癌症）。目前对于逆转录病毒的远古史和早期进化仍所知甚少，但逆转录病毒可以整合到宿主基因组中形成内源性逆转录病毒。内源性逆转录病毒记录了过去发生的感染事件，因此为研究逆转录病毒的远古进化提供了重要的“分子化石”。古病毒学（paleovirology）是一门新兴的学科，主要是通过病毒“分子化石”来研究病毒的远古进化以及远古病毒对宿主生物学的影响。
韩管助教授课题组设计了一种能够更加灵敏地挖掘内源性逆转录病毒的新策略，并利用该策略在92种脊椎动物（其中包括72种鱼类、4种两栖类和16种爬行类）基因组中共挖掘到了8000余条内源性逆转录病毒，揭示了内源性逆转病毒普遍存在于有颌类脊椎动物基因组中，大量的外源逆转录病毒可能还有待于被发现。该研究重建了450条逆转录病毒全基因组或部分基因组一致序列，为研究逆转录病毒进化和分类提供了重要的资源。系统发生分析表明逆转录病毒可分为五个主要支系，分别被命名为“金”、“木”、“水”、“火”和“土”逆转病毒支系。该研究详细地探讨了这五个病毒支系的宿主范围和进化（见下图）。宿主和病毒系统发生关系一致性检测表明逆转录病毒（除泡沫病毒外）经历了频繁的跨宿主传播事件。该研究还发现水陆界面并不是逆转录传播的一个严格屏障，感染陆生脊椎动物的逆转录病毒可能为多次独立起源。这项研究在很大程度上丰富了我们对于逆转录病毒多样性、分类系统和远古进化的理解。
四、HEART元件—嗜肝病毒目前已知的最近“亲属”
乙肝病毒属于嗜肝病毒科，在全世界范围内至少感染2亿人，每年导致80万人死亡，严重地威胁着全球公共卫生安全。嗜肝病毒科是一类可以感染多种脊椎动物的逆转录双链DNA病毒。虽然嗜肝病毒和反转座子都能编码逆转录酶，但是目前已知的反转座子和嗜肝病毒亲缘关系都很远。嗜肝病毒的起源至今还是一个未解之谜。
韩管助教授课题组通过对1095种真核生物基因组进行系统分析，在昆虫基因组中发现了与嗜肝病毒亲缘关系很近的反转座元件（被命名为HEART） （ 见下图 ）。系统发生分析表明HEART元件是嗜肝病毒目前已知的最近“亲属”，揭示了嗜肝病毒基因组复杂性的逐步进化模式。该研究还进一步提出了嗜肝病毒可能起源于逃逸的HEART元件的假说，为病毒起源的宿主基因逃逸假说提供了一个可能的实证。HEART元件的发现进一步缩小了嗜肝病毒和反转座子之间的进化缺口，为研究嗜肝病毒的起源和进化提供了全新的视角。
报告结束后，韩管助教授针对基因组学分析等问题与在座的科研工作者和研究生进行了学术交流。通过相互探讨，大家加深了对逆转录类病毒的认识，了解了更多关于病毒演化的研究思路与方法，开阔了科研视野，拓展了科研思维。
