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Anterior IV Congreso Internacional de Ingeniería Bioquímica y XV Congreso Nacional de Ingeniería Bioquímica Del 4 al 7 de abril del 2006 en la ciudad de Morelia Mich. México.
APLICACIÓN DE LOS MODELOS DE MARKOV Y DE ALINEAMIENTOS NUCLEOTÍDICOS PROTEIN-MODELADOS A LA
CONSTRUCCIÓN DEL ÁRBOL FILOGENÉTICO BACTERIANO.
Flores-Cortes Perla y Méndez-Tenorio Alfonso, Laboratorio de Tecnología del DNA, Escuela Nacional de Ciencias
Biológicas, IPN, México D.F. [email protected]
Introducción.
Tradicionalmente los árboles filogenéticos de las bacterias
son derivados a partir de la secuencia nucleotídica de un gen
conservado que se encuentra en todas las bacterias en
estudio. Sin embargo la historia evolutiva de las bacterias
puede ser muy diferente si se analizan varios genes
simultáneamente o el genoma completo. En este trabajo se
describe una estrategia para buscar genes de proteínas
altamente conservadas, alinearlos, y generar un árbol
filogenético a partir de ellos.
Objetivo.
Construcción de Modelos Ocultos de Markov de proteínas
altamente conservadas para el alineamiento de proteínas
bacterianas altamente conservadas y construcción de un
árbol filogenético consenso para todos los genes y bacterias
en estudio.
Desarrollo experimental y metodología.
En la base de datos de Dominios Conservados del NCBI
(Conserved Domain Database, CDD) se buscó un grupo de
proteínas pertenecientes a la división de Grupos de Genes
Ortólogos (Clusters of Orthologous Genes, COG)
distribuidas y conservadas en una amplia variedad de
bacterias.
La base de datos CDD del NCBI incluye una colección de
alineamientos de proteínas ampliamente conservadas en la
que incluyen representantes de proteínas ortólogas (COG).
Un Modelo Oculto de Markov (Hidden Markov Models, HMM)
es una representación estadística de un alineamiento
múltiple, en el que se modelan los aminoácidos conservados
y todas las inserciones y eliminaciones presentes. A partir de
los COGs reportados en la CDD se construyeron Modelos
Ocultos de Markov para la representación del alineamiento
múltiple con el programa HMMER v2.1.
Por otra parte a partir de las secuencias de los genomas
completos de 181 bacterias se extrajeron todas las
secuencias de nucleótidos que codifican para las proteínas
reportadas en la división de COG.
Las secuencias de nucleótidos de cada COG se tradujeron a
aminoácidos y se construyó el alineamiento múltiple de ellas
con el programa HMMER empleando los HMM de las
proteínas reportadas en CDD. Los alineamientos de las
proteínas se utilizaron como molde para alinear las
secuencias de nucleótidos respetando los codones que
codifican para cada aminoácido utilizando el programa
RevTrans v1.4.
Los alineamientos de nucleótidos se utilizaron para construir
árboles filogenéticos de distancias utilizando la suite de
programas Phylip v3.6 (alpha3) asimismo
se calculó un árbol filogenético consenso de todos los
árboles obtenidos.
conservadas y presentes en todas las bacterias
estudiadas con las cuales se derivaron los
alineamientos de nucleótidos, guiados por el
alineamiento de las correspondientes secuencias de
aminoácidos. De cada alineamiento se derivó un árbol
y finalmente se calculó un árbol consenso. Este árbol
muestra algunas semejanzas con las clasificaciones
filogenéticas tradicionales de las bacterias aunque se
presentan algunas diferencias importantes. Este árbol
sin embargo toma en cuenta mayor cantidad de
información genética comparada con aquella
empleada en técnicas tradicionales en las cuales
normalmente se estudia la evolución de una secuencia
sencilla.
Yersinia pestis biovar Medievalis str 91001
Yersinia pseudotuberculosis IP 32953
Yersinia pestis CO92
Yersinia pestis KIM
Salmonella enterica subsp enterica serovar Paratypi A str ATCC 9150
Salmonella enterica subsp enterica serovar Choleraesuis str SC-B67
Salmonella typhimurium LT2
Salmonella enterica subsp enterica serovar Typhi str CT18
Escherichia coli O157 H7
Escherichia coli K12
Erwinia carotovora subsp atroseptica SCRI1043
Fig.1. Sección del árbol filogenético consenso, se
observa a Escherichia coli y la relación más estrecha
con otras bacterias. El árbol filogenético consenso de
se construyó a partir de 17 proteínas presentes en
181 genomas bacterianos.
Conclusiones.
Se obtuvo un árbol consenso de distancias derivadas
del alineamiento de 17 proteínas altamente
conservadas existente en un grupo de 181 bacterias
cuyos genomas han sido totalmente secuenciados y
que por lo tanto incluye mayor información relativa a la
evolución de estas bacterias.
Referencias.
1.Rasmus Wernersson and Anders Gorm Pedersen (2003):
RevTrans - Constructing alignments of coding DNA from aligned
amino acid sequences. Nucl. Acids Res.,31(13): 3537-3539.
2.Durbin R., S. R. Eddy, A. Krogh, G. Mitchison. (1998): Biological
sequence analysis: Probabilistic models of proteins and nucleic
acids. Cambridge University Press, London, England.
3. Wolf YI, Rogozin IB, Grishin NV, Tatusov RL, Koonin EV. (2001):
Genome trees constructed using five different approaches suggest
new major bacterial clades. BMC Evol Biol. 2001; 1: 8.
4. Felsenstein J. (2003): Inferring Phylogenies, Sinauer Associates,
USA.
Resultados y discusión.
De la colección completa de proteína CDD se
seleccionó un grupo de 17 proteínas altamente
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