Filogenia, Evolução e o Estudo de Patógenos Virais · Integração entre biologia molecular,...
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Filogenia, Evolução e o Estudo de Patógenos Virais
Atila Iamarino [email protected]
http://scienceblogs.com.br/rainha/
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O que é evolução molecular
Integração entre biologia molecular, biologia
evolutiva e genética de populações
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Resumo
Evolução
Mecanismos Evolutivos Mutação
Migração
Recombinação
Deriva Genética
Seleção Natural
Biologia evolutiva como ferramenta para o estudo de patógenos
Exemplos
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A_Arizona_01_2009_112_2009.307 ATG AAT CCA AAC CAA AAG ATA ATA ACC ATT GGT TCG GTC
A_Arizona_01_2009_112_2009.307 AUG AAU CCA AAC CAA AAG AUA AUA ACC AUU GGU UCG GUC
A_Arizona_01_2009_112_2009.307 Met Asn Pro Asn Gln Lys Ile Ile Thr Ile Gly Ser Val
A informação está contida no DNA/RNA
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Conceito:
Variação na frequência alélica entre uma
geração e outra
Geração 1 Geração 2 Geração 3 Geração 4
O que é evolução
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Geração 1 Geração 2 Geração 3 Geração 4
Mutação
Mecanismos evolutivos: Mutação
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Geração 1 Geração 2 Geração 3 Geração 4
População 1
População 2
Mecanismos evolutivos: Migração
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Mecanismos evolutivos: Recombinação
Simon-Loriere, E., & Holmes, E. C. (2011). Why do RNA viruses recombine? Nature reviews. Microbiology, 9(8), 617-626.
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Tempo para fixação ~4N gerações
Origem do alelo (1ª geração)
Mecanismos evolutivos: Deriva
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Mecanismos evolutivos: Deriva
População parental
Gargalo (redução drástica na população)
Sobreviventes
Próxima geração
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• Organismos diferem em sua habilidade de sobreviver e se reproduzir, devido principalmente a diferenças genéticas entre os indivíduos. • A cada geração os indivíduos que sobrevivem e se replicam/reproduzem mais eficientemente, contribuem mais na formação da proxima geração. • A seleção atua somente em caracteres herdáveis.
Mecanismos evolutivos: Seleção
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Mecanismos evolutivos: Seleção
Fenótipo
Fitness
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• Comparação da taxa de substituição sinônima (dS) e não sinônima (dN) por sítio (dN/dS = ): Ser Met Leu Gly Gly
Seq 1: TCA ATG TTA GGG GGA † * † † ** Seq 2: TCG ATA CTA GGT ATA Ser Ile Leu Gly Ile †substituição sinônima *substituição não sinônima
dN/dS < 1.0 = seleção purificadora dN/dS ~ 1.0 = seleção neutra dN/dS > 1.0 = seleção positiva
Mecanismos evolutivos: Seleção Positiva
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Eucariotos: ~ 0.01 mutações por genoma, por replicação ~10-8 a 10-9 substituições/sítio/ano Bactérias: ~ 0.003 mutações por genoma, por replicação ~10-7 a 10-9 substituições/sítio/ano
Por que vírus: Taxa de mutação Taxa de mutação (mutações/sítio/replicação)
Taxa de substituição (mutações/sítio/ano)
Duffy, S., Shackelton, L. a, & Holmes, E. C. (2008). Rates of evolutionary change in viruses: patterns and determinants. Nature reviews. Genetics, 9(4), 267-76. doi:10.1038/nrg2323
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Sironen et al. (2001):
Taxa de substituição ~1x10-7!!
Filogenias
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Sironen et al. (2001):
Taxa de substituição ~1x10-7!!
Imunidade cruzada efetiva
Filogenias contém história
Grenfell, B. T., Pybus, O. G., Gog, J. R., Wood, J. L. N., Daly, J. M., Mumford, J. a, & Holmes, E. C. (2004). Unifying the epidemiological and evolutionary dynamics of pathogens. Science, 303(5656), 327-32.
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Sironen et al. (2001):
Taxa de substituição ~1x10-7!!
Imunidade cruzada parcial
Filogenias contém história
Grenfell, B. T., Pybus, O. G., Gog, J. R., Wood, J. L. N., Daly, J. M., Mumford, J. a, & Holmes, E. C. (2004). Unifying the epidemiological and evolutionary dynamics of pathogens. Science, 303(5656), 327-32.
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Sironen et al. (2001):
Taxa de substituição ~1x10-7!!
Filogenias contém história
Grenfell, B. T., Pybus, O. G., Gog, J. R., Wood, J. L. N., Daly, J. M., Mumford, J. a, & Holmes, E. C. (2004). Unifying the epidemiological and evolutionary dynamics of pathogens. Science, 303(5656), 327-32.
Sem imunidade cruzada
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Sironen et al. (2001):
Taxa de substituição ~1x10-7!!
Exemplos: Grupos antigênicos
Smith, D. J., Lapedes, A. S., de Jong, J. C., Bestebroer, T. M., Rimmelzwaan, G. F., Osterhaus, A. D. M. E., & Fouchier, R. a M. (2004). Mapping the antigenic and genetic evolution of influenza virus. Science, 305(5682), 371-6.
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Sironen et al. (2001):
Taxa de substituição ~1x10-7!!
Exemplos: Rearranjo e o Influenza A H1N1 2009
Smith, G. J. D., Vijaykrishna, D., Bahl, J., Lycett, S. J., Worobey, M., Pybus, O. G., Ma, S. K., et al. (2009). Origins and evolutionary genomics of the 2009 swine-origin H1N1 influenza A epidemic. Nature, 459(7250), 1122-5.
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Sironen et al. (2001):
Taxa de substituição ~1x10-7!!
Exemplos: Dengue no Brasil
Maria, Regina Figueiredo, P. D., Naveca, F. G., Bastos, M. D. S., Viana, S. D. S., Gomes, M. P., & Costa, C. A. (2008). Dengue Virus Type 4, Manaus, Brazil. Emerging Infectious Diseases, 14(4), 667-669.
DENV4
(2008)
DENV4
(2008)
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Sironen et al. (2001):
Taxa de substituição ~1x10-7!!
Exemplos: Dengue no Brasil
De Melo, F. L., Romano, C. M., & de Andrade Zanotto, P. M. (2009). Introduction of dengue virus 4 (DENV-4) genotype I into Brazil from Asia? PLoS neglected tropical diseases, 3(4), e390.
DENV4
(2008)
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Coalescência
Atualmente
Most Recent Common Ancestor (MRCA)
De volta ao MRCA
Exemplos: Coalescência
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Exemplos: HIV
Hughes, G. J., Fearnhill, E., Dunn, D., Lycett, S. J., Rambaut, A., & Leigh Brown, A. J. (2009). Molecular phylodynamics of the heterosexual HIV epidemic in the United Kingdom. PLoS pathogens, 5(9), e1000590.
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Exemplos: HIV e HCV, Líbia,1996
De Oliveira, T., Pybus, O. G., Rambaut, A., Salemi, M., Cassol, S., Ciccozzi, M., Rezza, G., et al. (2006). Molecular epidemiology: HIV-1 and HCV sequences from Libyan outbreak. Nature, 444(7121), 836–837.
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Exemplos: HCV e grupos sociais
Romano, C. M., De Carvalho-Mello, I. M. V. G., Jamal, L. F., De Melo, F. L., Iamarino, A., Motoki, M., Pinho, J. R. R., et al. (2010). Social Networks Shape the Transmission Dynamics of Hepatitis C Virus PLoS ONE, 5(6), 9.
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Exemplos: HIV BF na Argentina
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Onde mais aplicar?