Filogenia, Evolução e o Estudo de Patógenos Virais

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1 Filogenia, Evolução e o Estudo de Patógenos Virais Atila Iamarino atila@usp.br

2 O que é evolução molecular Integração entre biologia molecular, biologia evolutiva e genética de populações

3 Resumo Evolução Mecanismos Evolutivos Mutação Migração Recombinação Deriva Genética Seleção Natural Biologia evolutiva como ferramenta para o estudo de patógenos Exemplos

4 A informação está contida no DNA/RNA A_Arizona_01_2009_112_ ATG AAT CCA AAC CAA AAG ATA ATA ACC ATT GGT TCG GTC A_Arizona_01_2009_112_ AUG AAU CCA AAC CAA AAG AUA AUA ACC AUU GGU UCG GUC A_Arizona_01_2009_112_ Met Asn Pro Asn Gln Lys Ile Ile Thr Ile Gly Ser Val

5 O que é evolução Conceito: Variação na frequência alélica entre uma geração e outra Geração 1 Geração 2 Geração 3 Geração 4

6 Mecanismos evolutivos: Mutação Geração 1 Geração 2 Geração 3 Geração 4 Mutação

7 Mecanismos evolutivos: Migração População 1 População 2 Geração 1 Geração 2 Geração 3 Geração 4

8 Mecanismos evolutivos: Recombinação Simon-Loriere, E., & Holmes, E. C. (2011). Why do RNA viruses recombine? Nature reviews. Microbiology, 9(8),

9 Mecanismos evolutivos: Deriva Origem do alelo (1ª geração) Tempo para fixação ~4N gerações

10 Mecanismos evolutivos: Deriva População parental Gargalo (redução drástica na população) Sobreviventes Próxima geração

11 Mecanismos evolutivos: Seleção 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.

12 Mecanismos evolutivos: Seleção Fitness Fenótipo

13 Mecanismos evolutivos: Seleção Positiva Comparação da taxa de substituição sinônima (ds) e não sinônima (dn) por sítio (dn/ds = ): Seq 1: Seq 2: Ser Met Leu Gly Gly TCA ATG TTA GGG GGA * ** TCG ATA CTA GGT ATA Ser Ile Leu Gly Ile substituição sinônima *substituição não sinônima d N /d S < 1.0 = seleção purificadora d N /d S ~ 1.0 = seleção neutra d N /d S > 1.0 = seleção positiva

14 Por que vírus: Taxa de mutação Taxa de mutação (mutações/sítio/replicação) Taxa de substituição (mutações/sítio/ano) Eucariotos: ~ 0.01 mutações por genoma, por replicação ~10-8 a 10-9 substituições/sítio/ano Bactérias: ~ mutações por genoma, por replicação ~10-7 a 10-9 substituições/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), doi: /nrg2323

15 Filogenias Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!!

16 Filogenias contém história Imunidade cruzada efetiva Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!! 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),

17 Filogenias contém história Imunidade cruzada parcial Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!! 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),

18 Filogenias contém história Sem imunidade cruzada Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!! 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),

19

20 Exemplos: Grupos antigênicos Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!! 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),

21 Exemplos: Rearranjo e o Influenza A H1N Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!! 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),

22 Exemplos: Dengue no Brasil DENV4 (2008) Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!! 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),

23 Exemplos: Dengue no Brasil DENV4 (2008) Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!! 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.

24 Exemplos: Coalescência Atualmente Coalescência De volta ao MRCA Most Recent Common Ancestor (MRCA)

25 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), e

26 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),

27 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.

28 Exemplos: HIV BF na Argentina

29 Onde mais aplicar?

Site:

Site: Código Genético É o conjunto dos genes humanos. Neste material genético está contida toda a informação para a construção e funcionamento do organismo humano. Este código está contido em cada uma das nossas

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