新修订的基因本体生物学过程术语：助力解析微生物致病机制与核酸筛查

《Journal of Biomedical Semantics》：New and revised gene ontology biological process terms describe multiorganism interactions critical for understanding microbial pathogenesis and sequences of concern

为解决合成核酸筛查难题，研究人员开展微生物致病相关序列研究，修订 GO 术语，助力核酸筛查与疾病研究。

　　在生命科学领域，微生物致病机制一直是研究的热点，而合成核酸技术的发展，既为科研带来了新机遇，也带来了潜在风险。美国政府自 2024 年起发布新的核酸合成筛查框架，2026 年 10 月起要求对 50 个核苷酸及以上、已知会导致人类致病性或毒性的序列进行筛查。但区分致病和非致病序列并非易事，现有的术语体系也无法很好地描述微生物致病相关的序列功能，这给合成核酸筛查工作带来了巨大挑战。

为应对这些难题，来自 Signature Science, LLC、The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory 和 SIB Swiss Institute of Bioinformatics 等机构的研究人员 Gene Godbold、Jody Proescher 和 Pascale Gaudet 开展了深入研究，相关成果发表于《Journal of Biomedical Semantics》。

研究人员采用了文献调研、序列比对和术语开发等关键技术方法。他们广泛查阅研究人类、其他动物和部分植物微生物病原体的文献，收集了数千个与宿主利用相关的序列。通过相互比较这些序列，依据它们对宿主生物过程的破坏作用以及对宿主造成的后果进行分组，并开发新术语描述微生物病原体利用的各种致病功能，将这些术语系统应用于序列数据集。

研究成果丰富多样。首先是开发了两个控制词汇表，Functions of Sequences of Concern（FunSoCs）和 Pathogenesis Gene Ontology（PathGO）。FunSoCs 作为早期序列收集工作的快速解决方案，根据受影响的宿主生物过程对序列进行分类，涵盖转录、翻译、细胞周期等多个方面，同时尝试描述序列活动的致病后果，如对宿主细胞的损伤、免疫逃避方式等，但它的描述不够细致。PathGO 则是一个应用本体，用于描述致病机制，以支持对病毒、真核生物和细菌基因进行明确注释，它利用基于 Web Ontology Language（OWL）的数据模型，遵循 Open Biomedical Ontologies（OBO）Foundry 的原则构建，但在注释公共数据集时存在局限性。

之后，研究人员对基因本体（Gene Ontology，GO）的生物过程术语进行了修订和扩展。GO 是一个表示生物系统的重要数据框架，涵盖从分子到生物体各个层面的生物过程、分子功能和细胞组成等方面。由于原有的 GO 术语在描述微生物致病过程时存在不足，如术语宽泛、未区分致病与互利共生相互作用等，研究人员针对与微生物致病相关的 GO:0044419 “生物过程涉及生物体间的种间相互作用” 分支进行修订。在修订过程中，去除了可能引起误解的、与生物体内稳态调节相关的重复短语，采用 “symbiont-mediated”（共生体介导的）语法明确致病序列的作用，并开始去除术语中涉及的微生物类型，使术语更具通用性。研究人员还创作了许多新术语，用于描述微生物病原体利用宿主过程的具体方式，例如干扰宿主细胞骨架动力学、逃避宿主免疫检测、破坏宿主补体活性等，这些新术语有助于机器和人类更好地识别致病序列。

在研究结论与讨论部分，这些新修订的 GO 术语意义重大。它们为描述病原体感染宿主的机制提供了合适的词汇，能够捕捉病原体与宿主斗争中的共性，包括病原体克服宿主屏障、破坏先天免疫系统、在宿主体内传播等过程中使用的序列。这些术语不仅适用于动物宿主，也适用于植物宿主。在实际应用中，新术语为关注序列（Sequences of Concern，SoC）提供了一致且可靠的分类方式，有助于生物信息学家、系统生物学家和其他生物数据科学家研究不同宿主和共生体之间的共性，对传染病系统生物学研究具有重要价值。此外，新术语还可作为合成核酸筛查的预警触发因素，依据 2024 年 OSTP 美国政府对两用研究和具有大流行潜力病原体的监督政策，有望助力部门审查研究分类工作，解决微生物 “致病性” 和 “毒性” 术语中的模糊问题，推动美国生物安全监管框架的发展，促使人们更好地理解微生物致病过程，为开发更有效的传染病应对措施奠定基础。

总的来说，这项研究通过开发和修订术语体系，为微生物致病机制研究和合成核酸筛查提供了有力的工具，在生命科学和生物安全领域具有重要的应用前景。