Classification of HIV-1 Using Coalescent Theory

• Applicant: Professor Dr. Mario Stanke
• Subject Area: Bioinformatics and Theoretical Biology
• Term: from 2008 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 78025979

• Final Report Year: 2013

Final Report Abstract

Die genaue und zuverlassige Klassifikation von Human Immunodeficiency Virus 1 (HIV-1) und anderen Viren ist aus mehreren Gründen bedeutsam. Epidemiologische Studien basieren auf ihr und sie erleichtert das Verständnis des Einflusses der genetischen Diversität des Virus auf die Immunreaktion des Wirtes. Des Weiteren unterstützt sie therapeutische Entscheidungen und die Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen. Für HIV-1 ist diese Aufgabe schwierig, da es einer der variabelsten Organismen ist und zudem Rekombinationen häufig vorkommen. Die übliche Nomenklatur teilt HIV-1-Sequenzen in reine Subtypen und aus diesen rekombinierte Sequenzen ein, wobei nicht immer klar ist, ob eine Sequenzfamilie zur ersteren oder zur letzteren gehoren sollte. In diesem Projekt wurden bioinformatische Werkzeuge entwickelt zur Rekombinationsvorhersage und zur automatischen Prüfung eines solchen Klassifikationssystems. Alle im Rahmen des Projekts entwickelten oder erweiterten bzw. verbesserten Softwaretools (AR- GUS, USF, jpHMM) leisten Hilfestellung bei Klassifikationsfragen rekombinanter Viren, insbesondere HIV-1. Mit ARGUS wurde ein Tool entwickelt, das verschiedene alternative Klassifikationssysteme bewerten kann. Es ist die erste Software, die für diese Aufgabe zur Verfügung steht. USF dient dem Zweck, Teile von HIV-1-Sequenzen zu identifizieren, die von einem bisher noch unbekannten Subtyp abstammen. Es hat sich dem einzigen alternativen Programm, dem Branching Index, als überlegen erwiesen. jpHMM ist ein etabliertes Tool zur Rekombinationsanalyse bei HIV. Es wurde im Rahmen des Projekts auf verschiedenen Ebenen verbessert und erweitert.

Publications

• (2009) jpHMM: Improving the reliability of recombination prediction in HIV-1, Nucleic Acids Research, 37 (Web Server Issue), W647 - W651
  A.-K. Schultz, M. Zhang, I. Bulla, T. Leitner, B. Korber, B. Morgenstern, M. Stanke
  
• (2010), HIV classification using the coalescent theory, Bioinformatics, 26(11):1409-1415
  I. Bulla, A.-K. Schultz, F. Schreiber, M. Zhang, T. Leitner, B. Korber, B. Morgenstern, M. Stanke
  
• (2010), The role of recombination in the emergence of a complex and dynamic HIV epidemic, Retrovirology 2010, 7:25
  M. Zhang, B. Foley, A.-K. Schultz, J. Macke, I. Bulla, M. Stanke, B. Morgenstern, B. Korber and T. Leitner
  
• (2011), Detection of viral sequence fragments of HIV-1 subfamilies yet unknown, BMC Bioinformatics, 12:93
  T. Unterthiner, A.-K. Schultz, J. Bulla, B. Morgenstern, M. Stanke, I. Bulla
  
• (2012), Improving Hidden Markov Models for Classification of Human Immunodeficiency Virus-1 Subtypes through Linear Classifier Learning, Statistical Applications in Genetics and Molecular Biology, 11(1)
  I. Bulla, A.-K. Schultz, P. Meinicke
  (See online at https://doi.org/10.2202/1544-6115.1680)
• (2012), jpHMM: recombination analysis in viruses with circular genomes such as the hepatitis B virus, Nucleic Acids Research, 40(W1), W193-W198
  A.-K. Schultz, I. Bulla, M. Abdou-Chekaraou, E. Gordien, B. Morgenstern, F. Zoaulim, P. Deny, M. Stanke
  (See online at https://doi.org/10.1093/nar/gks414)