2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫——生物信息學(xué)在瘧疾防治中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述瘧疾的主要致病機(jī)制，并列舉三種由生物信息學(xué)方法可以研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。二、描述核糖體RNA（rRNA）測序技術(shù)在追蹤瘧疾傳播和監(jiān)測不同地區(qū)瘧原蟲種群結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用原理。三、解釋高通量測序數(shù)據(jù)（如RNA-Seq）如何用于分析瘧原蟲在不同宿主組織或感染階段的表達(dá)譜，及其在理解病理過程中的作用。四、闡述生物信息學(xué)方法在瘧疾抗藥性監(jiān)測與研究中扮演的角色，并舉例說明如何利用基因測序或表達(dá)數(shù)據(jù)分析抗藥性基因的分布和選擇壓力。五、比較并說明利用生物信息學(xué)進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測（如使用AlphaFold等工具）在抗瘧藥物設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢。六、列舉至少四種在瘧疾基因組研究中常用的公共數(shù)據(jù)庫，并簡述其中至少兩個(gè)數(shù)據(jù)庫的主要功能。七、描述利用系統(tǒng)生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)分析方法，整合瘧原蟲和宿主的多組學(xué)數(shù)據(jù)，以理解瘧疾致病機(jī)制的思路。八、說明開發(fā)基于DNA或RNA分子的瘧疾快速診斷試劑盒時(shí)，生物信息學(xué)工具（如序列設(shè)計(jì)、信號識別）可能提供的支持。九、設(shè)想一個(gè)利用生物信息學(xué)方法來研究瘧疾媒介（如按蚊）種群遺傳結(jié)構(gòu)及其與瘧疾傳播關(guān)系的研究計(jì)劃，簡述研究目標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù)和預(yù)期成果。試卷答案一、瘧疾的主要致病機(jī)制包括紅細(xì)胞內(nèi)瘧原蟲的快速增殖破壞紅細(xì)胞導(dǎo)致貧血、感染的紅細(xì)胞破裂引起周期性發(fā)熱和寒戰(zhàn)、以及原蟲及其代謝產(chǎn)物引發(fā)的免疫病理反應(yīng)。生物信息學(xué)方法可研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括：1)瘧原蟲基因組/轉(zhuǎn)錄組測序與分析，以識別致病基因和免疫原性蛋白；2)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測，用于抗瘧藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)；3)瘧原蟲與宿主互作研究，解析免疫逃逸機(jī)制。二、核糖體RNA（rRNA）測序技術(shù)利用不同種類生物體rRNA序列的長度和/或內(nèi)部保守序列的差異，通過高通量測序區(qū)分樣品中存在的不同物種或菌株。在瘧疾研究中，通過分析混合樣品中rRNA序列的豐度和種類，可以鑒定瘧原蟲種類（如間日瘧、惡性瘧等），追蹤感染源，構(gòu)建傳播樹，揭示瘧疾在個(gè)體、社區(qū)乃至區(qū)域的傳播動(dòng)態(tài)和種群結(jié)構(gòu)。三、高通量測序（如RNA-Seq）能夠量化瘧原蟲在不同宿主組織（如肝細(xì)胞、紅細(xì)胞）或感染階段（如紅細(xì)胞內(nèi)期、肝細(xì)胞內(nèi)期）的表達(dá)水平。通過比較不同條件下的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，可以識別在不同組織或階段的特異性表達(dá)基因，理解瘧原蟲適應(yīng)宿主環(huán)境、逃避宿主免疫以及致病的相關(guān)分子機(jī)制。四、生物信息學(xué)方法在瘧疾抗藥性監(jiān)測與研究中至關(guān)重要。例如，通過全基因組測序和群體遺傳學(xué)分析，可以快速檢測和追蹤瘧原蟲中與抗氯喹、抗青蒿素等藥物相關(guān)的基因突變（如pfcrt,pfmdr1）。此外，通過分析寄生蟲群體的基因表達(dá)譜，可以識別與藥物耐受性相關(guān)的差異表達(dá)基因。五、利用生物信息學(xué)進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測，特別是基于AI模型（如AlphaFold），可以在缺乏實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的情況下，高精度地預(yù)測瘧原蟲關(guān)鍵靶點(diǎn)蛋白（如血紅素結(jié)合蛋白、ATP合成酶亞基等）的三維結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)模型為理解藥物與靶點(diǎn)的相互作用機(jī)制提供了基礎(chǔ)，有助于設(shè)計(jì)具有更高選擇性和更強(qiáng)效性的新型抗瘧藥物。六、在瘧疾基因組研究中常用的公共數(shù)據(jù)庫包括：1)GenBank（美國國家生物技術(shù)信息中心）：存儲全球大量的基因序列數(shù)據(jù)；2)PlasmoDB（瘧原蟲數(shù)據(jù)庫）：專門收錄瘧原蟲（特別是惡性瘧原蟲）的基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等多組學(xué)數(shù)據(jù)及注釋信息；3)PRIME（寄生蟲基因組資源整合平臺）：整合多個(gè)寄生蟲物種的基因組資源；4)KEGG（京都基因與基因組百科全書）：提供基因功能注釋、通路分析和藥物信息。其中，PlasmoDB和GenBank是進(jìn)行瘧原蟲基因組研究最核心的數(shù)據(jù)庫，分別提供物種特異和通用性的序列及注釋資源。七、利用系統(tǒng)生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)分析方法，可以將瘧原蟲和宿主的多組學(xué)數(shù)據(jù)（如基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組）整合起來，構(gòu)建復(fù)雜的分子相互作用網(wǎng)絡(luò)（如調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、信號通路、蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)）。通過分析這些網(wǎng)絡(luò)，可以揭示瘧原蟲感染宿主后引發(fā)的關(guān)鍵生物學(xué)過程，識別潛在的藥物靶點(diǎn)和免疫干預(yù)點(diǎn)，從而更全面地理解瘧疾的致病機(jī)制。八、開發(fā)基于DNA或RNA分子的瘧疾快速診斷試劑盒時(shí)，生物信息學(xué)工具可以提供多方面的支持。例如，利用生物信息學(xué)設(shè)計(jì)合成具有高特異性結(jié)合瘧原蟲特有DNA序列（如18SrRNA基因、ITS基因）的引物或探針；通過序列比對和信號肽預(yù)測，設(shè)計(jì)能夠有效識別和報(bào)告瘧原蟲RNA靶標(biāo)的分子信標(biāo)或CRISPR診斷元件；此外，生物信息學(xué)還可以用于優(yōu)化診斷算法，提高檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性。九、研究計(jì)劃：目標(biāo)是為特定瘧疾流行區(qū)繪制按蚊種群遺傳結(jié)構(gòu)圖，并關(guān)聯(lián)分析其與當(dāng)?shù)丿懠矀鞑ワL(fēng)險(xiǎn)（如傳播強(qiáng)度、瘧原蟲種類分布）的關(guān)系。關(guān)鍵技術(shù)包括：1)利用高通量測序技術(shù)對采集的按蚊樣品進(jìn)行基因組重測序或目標(biāo)區(qū)域測序，獲取種群遺傳變異數(shù)據(jù)；2)應(yīng)用群體遺傳學(xué)分析方法（如結(jié)構(gòu)分析Structure、Admixture，基于距離的聚類如UPGMA，或更高級的群體分化和關(guān)聯(lián)分析工具如ADMIXTURE,fastSTRUCTURE）構(gòu)建按蚊種群遺傳結(jié)構(gòu)樹；3)結(jié)合地理信息系統(tǒng)