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Aplicaciones filogenéticas
Epidemiología
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Lección 10. Aplicaciones filogenéticas en epidemiogía
Curso “Análisis filogenético”
David Posada
Máster de Bioestadística 2006
Universidad de Santiago de Compostela
Marzo 2006
La epidemiología estudia el origen, distribución, frecuencia,
determinantes, relaciones, predicciones y control de
enfermedades
– Epidemia: enfermedad ampliamente extendida que afecta a
muchos individuos en una población
– Pandemia: epidemia de carácter mundial
– Endemia: enfermedad geográficamente restringida que
afecta a pocos individuos en una población
Lección 10. Aplicaciones
Análisis filogenético 2006
David Posada
Aplicaciones filogenéticas
Aplicaciones filogenéticas
Filodinámica
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Categorías filodinámicas (I)
La filodinámica estudia la interacción de la inmunodinámica, la
epidemiología y la biología evolutiva
La conexión entre procesos epidémicos y la evolución de los
patógenos es central para:
– Entender la evolución de la resistencia a medicamentos o
de la virulencia
– Diseño de vacunas
– Aparición de nuevas enfermedades
Lección 10. Aplicaciones
Análisis filogenético 2006
David Posada
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Infecciones cortas con fuerte repuesta inmune cruzada
(p.e., sarampión) - filogenia homogénea determinada por
patrones espacio-temporales
Infecciones cortas con débil repuesta inmune (p.e., gripe) filogenia temporal determinada por selección
Potenciación inmune (p.e., dengue) - filogenia muy
estructurada
Infecciones persistentes (p.e., HIV, HCV) - filogenia
poblacional espacial, filogenia intrapoblacional determinada por
selección
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Análisis filogenético 2006
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Aplicaciones filogenéticas
Aplicaciones filogenéticas
Categorías filodinámicas (II)
Topologías
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Hospedadores y parásitos
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Selección natural
La comparación de las filogenias de hospedadores de
hospedadores y parásitos nos puede indicar codivergencia o
dispersión
codivergencia
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Análisis filogenético 2006
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• La selección puede dejar huella en las secuencias de
ADN
• Un parámetro clave es la tasa dN/dS
– dN/dS = 0 bajo neutralidad
– dN/dS < 1 bajo selección purificadora
– dN/dS > 1 bajo selección positiva
• La tasa dN/dS se puede estimar en las ramas de una
filogenia
dispersión
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Análisis filogenético 2006
David Posada
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Análisis filogenético 2006
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Aplicaciones filogenéticas
Aplicaciones filogenéticas
Selección en HIV-1 env
0.01
0.02
0.073
0.072
Predicción de la evolución (I)
0.03
0.04
0.05
0.06
• Virus de la gripe (influenza A); 8 fragmentos de RNA
que codifican 10 proteínas
• Gen de la hemaglutinina
• Muestras de 1968 a 1987
0.0673273
HXB2
0
U69587SA85
0.016
0.0085
0.027
U69588SA85
0.016
0
env
U69585SA85
0.035
0
0
2.2
U69591SA90
0.047
0.039
0.036
0.017
0.015
U69589SA90
0.042
0.0083
0.014
0.052
U69586SA85
1.5
0.026
0.017
0.025
0.032
0.065
0.01
0.021
1.1
0.041
0.036
U69593SA90
1.3
U69590SA90
dN/dS
1.3
0.023
0.016
U69592SA90
U69584SA85
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Análisis filogenético 2006
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Aplicaciones filogenéticas
Predicción de la evolución (II)
Predicción de la evolución (III)
• Acumulación
constante de
substituciones
• Reemplazo de linajes
• Las substituciones en
los linajes
supervivientes suelen
producirse en sitios
antigénicos
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• Muestras 1985-1996
• 18 codones selectivos
(dN/dS > 1) en sitios
antigénicos de la
hemaglutinina
• Predicen el linaje
ancestral de futuros
linajes ! cepa circulante
de la gripe para el
desarrollo de vacunas
efectivas
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Pandemia de la gripe (I)
Pandemia de la gripe (II)
• La hemaglutinina (H) ha de
cambiar radicalmente para
producir una pandemia
• Neuroaminidasa (N)
• Las filogenias de
nucleoproteínas implican
que las cepas de la gripe
pueden intercambiar
genes
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Análisis filogenético 2006
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Aplicaciones filogenéticas
• Antes de la pandemia de 1968, el virus de la gripe
humana no poseía H3.
• Las filogenias de hemaglutininas implican que la
pandemia de 1968 adquirió la H3 de aves.
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Origen del HIV-1 (I)
Origen del HIV-1 (II)
• La teoría OPV propone que el HIV-1 se originó a
partir de vacunas contra la polio preparadas con
chimpancés de Kinsigani con SIVcpz
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Análisis filogenético 2006
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• El análisis filogenético desmiente la teoría OPV
• Además indica el origen múltiple del HIV-1 a partir de
SIVcpz del África central-oriental.
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Análisis filogenético 2006
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Aplicaciones filogenéticas
Aplicaciones filogenéticas
Origen del HIV-1 (III)
Transmisión
• Mediante análisis filogenético, se estima que el grupo
M del HIV-1 se originó cerca de 1930.
• a: origen único de la
epidemia o transmisión
entre pacientes 1-3
• b: hipótesis alternativa para
el paciente 1
Muestras problema: 1-3
Muestras control: 4-7
Muestras de la población: 8-9
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Aplicaciones filogenéticas
Transmisión del HIV-1
• Las filogenias nos
proporcionan
información sobre la
secuencia de
transmisión
• A día de hoy los
árboles filogenéticos
pueden ser admitidos
como pruebas en
juicios criminales
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Análisis filogenético 2006
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Análisis filogenético 2006
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