Predicting Antigenic Changes of Influenza Viruses by Discovering Patterns of Viral Evolution

• Project/Area Number: 19300041
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Intelligent informatics
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: ITO Kimihito Hokkaido University, 人獣共通感染症リサーチセンター, 准教授 (60396314)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): TAKADA Ayato 北海道大学, 人獣共通感染症リサーチセンター, 教授 (10292062) ; MINATO Shin-ichi 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (10374612)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥15,080,000 (Direct Cost: ¥11,600,000、Indirect Cost: ¥3,480,000); Fiscal Year 2009: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2008: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2007: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 知識発見とデータマイニング / パターン発見 / アルゴリズム / 生体生命情報学 / インフルエンザウイルス / 感染症

Research Abstract

Human influenza viruses mutate from time to time, causing annual epidemics worldwide. Given the high mutation rate of the viral gene, it is difficult to select an effective vaccine strain prior to each influenza season. In order to elucidate the pattern of viral evolution, we introduce a bioinformatics technology that analyzes a large number of epidemic strains in a multidimensional space. We found that the relative sequence distances among past epidemic strains could be predicted by a mathematical model. Retrospective tests for 12 years showed that the model could predict the direction of viral evolution with high accuracy.

Research Products

• [Journal Article] Predicting the antigenic structure of the pandemic (H1N1) 2009 influenza virus hemagglutinin (2010)
  • Author(s): Igarashi, M., Ito, K., Yoshida, R., Tomabechi, D., Kida, H., Takada, A.
  • Journal Title: PLoS ONE 5(1)
  • NAID: 120001804925
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Predicting the antigenic Structure of the Pandemic(H1N1)2009 Influenza Virus Hemagglutinin (2010)
  • Author(s): Igarashi M, Ito K, Yoshida R, Tomabechi D, Kida H, Takada A
  • Journal Title: PLoS ONE 5
  • NAID: 120001804925
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovering networks for global propagation of influenza a (H3N2) viruses by clustering (2009)
  • Author(s): Sata, K., Hirata, K., Ito, K., Kuboyama T.
  • Journal Title: Lect. Notes Comput. Sc. 5712 Pages: 490-497
  • NAID: 40016819277
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clustering the normalized compression distance for virus data (2009)
  • Author(s): Ito, K., Zeugmann, T., Zhu, Y.
  • Journal Title: Proceedings of the Sixth Workshop on Learning with Logics and Logics for Learning(LLLL 2009) Pages: 56-67
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] インフルエンザウイルスの抗原変異予測とワクチン (2009)
  • Author(s): 伊藤公人, 高田礼人
  • Journal Title: VIRUS REPORT 2009 Vol. 6 No. 2
• [Journal Article] Characterization of H3N6 avian influenza virus isolated from a wild white pelican in Zambia. (2009)
  • Author(s): Simulundu, E., Mweene, A.S., Tomabechi, D., Hang'ombe, B.M., Ishii, A., Suzuki, Y., Nakamura, I., Sawa, H., Sugimoto, C., Ito, K., Kida, H., Saiwana, L., Takada, A.
  • Journal Title: Arch Virol 154(9) Pages: 1517-1522
  • NAID: 120002383247
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cross-protective potential of a novel monoclonal antibody directed against antigenic site B of the hemagglutinin of influenza A viruses (2009)
  • Author(s): Yoshida, R., Igarashi, M., Ozaki, H., Kishida, N., Tomabechi, D., Kida, H., Ito, K., Takada, A.
  • Journal Title: PLoS Pathog 5(3)
  • NAID: 120005617294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovering networks for global propagation of influenza a(H3N2)viruses by clustering (2009)
  • Author(s): Sata K, Hirata K, Ito K, Kuboyama T
  • Journal Title: Lect.Notes Comput.Sc. 5712 Pages: 490-497
  • NAID: 40016819277
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of H3N6 avian influenza virus isolated from a wild white pelican in Zambia (2009)
  • Author(s): Simulundu E, Mweene AS, Tomabechi D, Hang'ombe BM, Ishii A, Suzuki Y, Nakamura I, Sawa H, Sugimoto C, Ito K, Kida H, Saiwana L, Takada A
  • Journal Title: Arch Virol. 154 Pages: 1517-1522
  • NAID: 120002383247
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cross-protective potential of a novel monoclonal antibody directed against antigenic site B of the hemagglutinin of influenza A viruses (2009)
  • Author(s): Yoshida, R., Igarashi, M., Ozaki, H., Kishida, N., Tomabechi, D., Kida, H., Ito, K., Takada, A.
  • Journal Title: PLoS Pathogen 5
  • NAID: 120005617294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetically destined potentials for N-linked glycosylation of influenza virus hemagglutinin. (2008)
  • Author(s): Igarashi, M., Ito, K., Kida, H., Takada, A.
  • Journal Title: Virology 376(2) Pages: 323-329
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetically destined potentials for N-linked glycosylation associated with antigenic changes of influenza virus hemagglutinin (2008)
  • Author(s): Igarashi, M., Ito, K., Kida, H., Takada, A.
  • Journal Title: Virology 376(2) Pages: 323-329
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetically destined potentials for N-linked glycosylation associated with antigenic changes of influenza virus hemagglutinin (2008)
  • Author(s): Igarashi, M., Ito, K., Kida, H., Takada, A.
  • Journal Title: Virology (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Symmetric item set mining method using zero-suppressed BDDs and application to biological data (2007)
  • Author(s): Minato, S., Ito, K.
  • Journal Title: Trans. JSAI 22 Pages: 156-164
  • NAID: 130000058331
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Symmetric Item Set Mining Method Using Zero-suppressed BDDs and Application to Biological Data (2007)
  • Author(s): Minato, S. and Ito, K.
  • Journal Title: Transactions of the Japanese Society for Artificial Intelligence 22 Pages: 156-164
  • NAID: 130000058331
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ハミング距離空間の次元削減によるインフルエンザウイルス遺伝子変異の解析 (2010)
  • Author(s): 久保山哲二, 伊藤公人
  • Organizer: 人工知能学会第77回人工知能基本問題研究会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] Inference of geographic transmission probability of influenza viruses from a large phylogenetic tree (2009)
  • Author(s): Yanagihashi F, Ito K, Arimura H
  • Organizer: The 20th International Conference on Genome Informatics GIW2009
  • Place of Presentation: PACIFICO YOKOHAMA, Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2009-12-15
• [Presentation] インフルエンザウイルスのヘマグルチニンのMDS解析と変異予測への応用 (2009)
  • Author(s): 伊藤公人, 五十嵐学, 村上悌治, 喜田宏, 高田礼人
  • Organizer: 第57回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] ホモロジーモデリング法による新型H1N1インフルエンザウイルスのヘマグルチニンの抗原構造の解析 (2009)
  • Author(s): 五十嵐学, 伊藤公人, 吉田玲子, 喜田宏, 高田礼人
  • Organizer: 第57回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] 愛知県でウズラから分離されたH7N6亜型鳥インフルエンザウイルスの遺伝子解析 (2009)
  • Author(s): 内田裕子, 真瀬昌司, 竹前喜洋, 廣本靖明, 五十嵐学, 伊藤公人, 高田礼人, 西藤岳彦, 津田知幸, 山口成夫
  • Organizer: 第57回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] インフルエンザウイルスのヘマグルチニンのMDS解析と変異予測への応用 (2009)
  • Author(s): 伊藤公人, 五十嵐学, 村上悌治, 喜田宏, 高田礼人
  • Organizer: 第57回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 都市センターホテル(東京)
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] ホモロジーモデリング法による新型H1N1インフルエンザウイルスのヘマグルチニンの抗原構造の解析 (2009)
  • Author(s): 五十嵐学, 伊藤公人, 吉田玲子, 喜田宏, 高田礼人
  • Organizer: 第57回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 都市センターホテル(東京)
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] 愛知県でウズラから分離されたH7N6亜型鳥インフルエンザウイルスの遺伝子解析 (2009)
  • Author(s): 内田裕子, 真瀬昌司, 竹前喜洋, 廣本靖明, 五十嵐学, 伊藤公人, 高田礼人, 西藤岳彦, 津田知幸, 山口成夫
  • Organizer: 第57回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 都市センターホテル(東京)
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] Clustering the normalized compression distance for virus data (2009)
  • Author(s): Ito K, Zeugmann T, Zhu Y
  • Organizer: The Sixth Workshop on Learning with Logics and Logics for Learning(LLLL 2009)
  • Place of Presentation: Kyodai Kaikan, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2009-06-06
• [Presentation] 木の最適ラベリング問題とその進化系統樹への応用 (2009)
  • Author(s): 柳橋史成, 伊藤公人, 有村博紀
  • Organizer: 第16回バイオ情報学研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-03-06
• [Presentation] Inference of Geographic Transmission Probability of Influenza Viruses from a Large Phylogenetic Tree (2009)
  • Author(s): Yanagihashi, F., Ito, K., Arimura, H.
  • Organizer: The 20th International Conference on Genome Informatics GIW2009
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
• [Presentation] インフルエンザウイルスHA遺伝子の塩基配列上に潜在する糖鎖付加ポテンシャルの解析 (2008)
  • Author(s): 五十嵐学, 伊藤公人, 喜田宏, 高田礼人
  • Organizer: 第56回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2008-10-26
• [Presentation] 順序付き部分グループ列分割のためのコントラストセットマイニングアルゴリズム (2008)
  • Author(s): 谷口剛, 伊藤公人, 原口誠
  • Organizer: 第22回人工知能学会全国大会
  • Place of Presentation: 旭川
  • Year and Date: 2008-06-13
• [Presentation] 塩基およびアミノ酸配列における共変異集合を列挙する高速アルゴリズム (2008)
  • Author(s): 伊藤公人, 谷口剛, 村上悌治, 有村博紀, 原口誠
  • Organizer: 第12回バイオ情報学研究会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2008-03-04
• [Presentation] 塩基およびアミノ酸配列における共変異集合を列挙する高速アルゴリズム (2008)
  • Author(s): 伊藤公人, 谷口剛, 村上悌治, 有村博紀, 原口誠
  • Organizer: 第12回バイオ情報学研究会
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡市)
  • Year and Date: 2008-03-04
• [Presentation] コントラストセットマイニングに基づく順序付きグループ列分割手法 (2008)
  • Author(s): 谷口剛, 原口誠, 伊藤公人
  • Organizer: 第68回人工知能基本問題研究会 (SIG-FPAI-A703)
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2008-01-17
• [Presentation] コントラストセットマイニングに基づく順序付きグループ列分割手法 (2008)
  • Author(s): 谷口剛, 原口誠, 伊藤公人
  • Organizer: 第68回人工知能基本問題研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌市)
  • Year and Date: 2008-01-17
• [Presentation] グループ列分割に基づくインフルエンザウイルスのアミノ酸置換における時代的変化の解析 (2007)
  • Author(s): 谷口剛, 原口誠, 伊藤公人
  • Organizer: 第11回バイオ情報学研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2007-12-21
• [Presentation] グループ列分割に基づくインフルエンザウイルスのアミノ酸置換における時代的変化の解析 (2007)
  • Author(s): 谷口剛, 原口誠, 伊藤公人
  • Organizer: 第11回バイオ情報学研究会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所(東京都)
  • Year and Date: 2007-12-21
• [Presentation] アイテム集合間の相関変化検出によるインフルエンザウイルス遺伝子データの解析 (2007)
  • Author(s): 谷口剛, 伊藤公人, 五十嵐学, 村上悌治, 原口誠
  • Organizer: 第21回人工知能学会全国大会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2007-06-21
• [Presentation] アイテム集合間の相関変化検出によるインフルエンザウイルス遣伝子データの解析 (2007)
  • Author(s): 谷口 剛, 伊藤公人, 五十嵐学, 村上悌治, 原口 誠
  • Organizer: 第21回人工知能学会全国大会
  • Place of Presentation: ワールドコンベンションセンターサミット(宮崎市)
  • Year and Date: 2007-06-21
• [Presentation] Pattern Mining from a Large Phylogenetic Tree of Influenza Viruses (2007)
  • Author(s): Ito, K.
  • Organizer: 2nd International Conference on Perspectives of Intelligent System's Assistance
  • Place of Presentation: Sapporo, Japan
• [Presentation] Genetically destined potentials for N-linked glycosylation associated with antigenic changes of influenza virus hemagglutinin (2007)
  • Author(s): Igarashi, M., Ito, K., Kida, H., Takada, A.
  • Organizer: In : Proceedings of the International Conference on Options for the Control of Influenza IV
  • Place of Presentation: Toronto, Ontario, Canada
• [Presentation] Genetically destined potentials for N-linked glycosylation associated with antigenic changes of influenza virus hemagglutinin (2007)
  • Author(s): Igarashi, M., Ito, K., Kida, H., Takada, A.
  • Organizer: The International Conference on Options for the Control of Influenza IV
  • Place of Presentation: Metro Toronto Convention Centre, Toronto, Canada