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Aplicaciones filogenéticas Epidemiología • 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 • • 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 • • • • 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 Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada Aplicaciones filogenéticas Aplicaciones filogenéticas Categorías filodinámicas (II) Topologías Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada Aplicaciones filogenéticas Aplicaciones filogenéticas Hospedadores y parásitos • Selección natural La comparación de las filogenias de hospedadores de hospedadores y parásitos nos puede indicar codivergencia o dispersión codivergencia Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada • 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 Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada 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 Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada Aplicaciones filogenéticas Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada 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 Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada • 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 Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada Aplicaciones filogenéticas Aplicaciones filogenéticas 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 Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada 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. Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada Aplicaciones filogenéticas 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 Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada • El análisis filogenético desmiente la teoría OPV • Además indica el origen múltiple del HIV-1 a partir de SIVcpz del África central-oriental. Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada 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 Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada 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 Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada Lección 10. Aplicaciones Análisis filogenético 2006 David Posada