应用于生物学的计算工具正在彻底改变对感染过程中细胞内部情况的研究，帮助科学家了解疾病机制并有助于确定潜在的治疗靶点。

一个例子是发表在PLOS病原体上的一项研究，描述了巴西研究人员如何分析感染基孔肯雅病毒的患者的血细胞。借助于复杂的网络分析，人工智能和机器学习等技术，该小组确定了与基因疾病集相关的基因特征，这些基因的表达通过与病毒的相互作用而改变。然后，他们调查了相关基因在细胞中发挥的作用，并确定了这些基因对抗病毒作用的重要性。

该研究由巴西进行，由首席研究员Helder Nakaya领导，他是圣保罗大学药学院(FCF-USP)的教授。同一所大学生物医学科学研究所(ICB-USP)及其RibeirãoPreto医学院(FMRP-USP)的研究人员，以及Butantan研究所和Sergipe公共卫生中心实验室的同事也做出了贡献。

“我们还确定了一组基因，这些基因在急性期显示患者是否可能患上慢性关节痛[关节疼痛和炎症]，这是感染基孔肯雅病的人中相对常见的病症。但是，这一发现尚未得到证实基于大量样本的未来研究，“Nakaya说。

本文描述了使用来自巴西东北部塞尔希培州出生并在2016年流行期间感染的39名受试者的血液样本进行分析的结果。将这些结果与包含来自相同区域的20个未感染受试者的对照组的数据进行比较。

第一步是分析样品的转录组，包括所有信使RNA分子(编码蛋白质)以及在红细胞中表达的非编码RNA(不产生蛋白质但在基因组中发挥调节作用)，白色血细胞和血小板。通过量化样本中的转录水平，研究人员能够测量20,000个基因的活动水平，并确定他们的表达是否在感染期间增加或减少; 这些发现也与对照组的结果进行了比较。

“我们专注于蛋白质编码基因[表达信使RNA]，因为它们的作用更容易解释。例如，相对容易知道它们是否编码细胞受体或转录因子。这样，我们就能够增强我们的理解基孔肯雅病的发病机制 - 病毒如何影响细胞，以及哪些防御系统在感染时被激活，“Nakaya说。

他们的分析揭示了免疫细胞引发炎症过程以消除病毒的机制。负责这种免疫应答的蛋白质统称为炎性体，一种多蛋白细胞内复合物，可由不同的蛋白质形成，并导致产生不同的促炎分子。研究人员发现，基孔肯雅病毒感染的中介因子是caspase-1酶。

该研究结果在与FMRP-USP的正教授Dario Zamboni合作进行的小鼠实验中得到了验证。Nakaya和Zamboni都隶属于炎症性疾病研究中心(CRID)，该中心是由圣保罗研究基金会-FAPESP资助的研究，创新和传播中心(RIDC)之一。CRID由FMRP-USP托管。

他们发现基因改造的caspase-1敲除小鼠中的基孔肯雅病毒感染不会导致称为白细胞介素-1β(IL-1β)的促炎分子的释放，而在野生型(非转基因)小鼠中也是如此。

鉴定了基孔肯雅病毒感染的基因特征，其涉及数千种表达被疾病改变的基因，该组将结果与使用感染登革病毒的患者样本获得的结果进行比较。

“我们注意到这两种疾病的基因特征在相当程度上相似，但有些基因是基孔肯雅病的特异性。这些可以在药物开发研究中进一步探索，”Nakaya说。

在另一项分析中，研究人员比较了感染基孔肯雅病毒的患者的基因表达谱与患有类风湿性关节炎的患者的情况，类风湿性关节炎是一种以慢性关节炎症为特征的自身免疫性疾病。

“在这种情况下，我们的目的是发现由病毒和自身免疫性关节炎引起的关节炎之间的差异。我们想要识别任何特定于病毒感染的基因，”Nakaya解释说。

三个基因特征的组合分析显示，949个基因仅参与类风湿性关节炎，仅登革热就有632个，单独的基孔肯雅热就有302个。七种基因与所有三种条件相关：OAS1，C1QB，ANKRD22，IRF7，CXCL10，IFI6和IFIT3。

然后研究人员使用CEMiTool进行基因共表达分析，CEMiTool是由Nakaya开发的软件包，具有FAPESP的支持。该分析的目的是了解基因如何在每个细胞中存在的复杂网络中相互作用，形成信号传导途径和代谢途径。

“我们能够确定八个主要的共表达模块[具有相似反应谱的基因]。我们还确定了网络中心 - 具有最多连接的基因，因此，最有希望探索用于药物开发目的的目标，”Nakaya说。

研究中使用的数据，包括原始数据和分析结果，都可以在公共存储库中获得，任何人都可以免费下载，他强调，前面提到的软件包代码也是如此，以便其他人可以复制结果。

“我们的研究使我们能够制作一份潜在治疗靶点清单，现在我们正在将这些研究结果与活性化合物数据库进行交叉参考。这种交叉参考是通过计算完成的，但是基于已发表研究汇编的实验数据那些已经指出能够干扰这些感兴趣基因的药物，“Nakaya说。

该小组还将继续分析39名感染基孔肯雅病毒的病人的样本中发现的转录本，但现在正专注于非编码RNA。