Lección 10. Aplicaciones filogenéticas en epidemiogía

Transcripción

1 Epidemiología filogenéticas en epidemiogía Curso Análisis filogenético Máster de Bioestadística 26 Universidad de Santiago de Compostela Marzo 26 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 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 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

2 Categorías filodinámicas (II) Topologías Hospedadores y parásitos Selección natural La comparación de las filogenias de hospedadores de hospedadores y parásitos nos puede indicar codivergencia o dispersión La selección puede dejar huella en las secuencias de ADN Un parámetro clave es la tasa dn/ds dn/ds = 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 codivergencia dispersión

3 Selección en HIV-1 env Predicción de la evolución (I) Virus de la gripe (influenza A); 8 fragmentos de RNA que codifican 1 proteínas Gen de la hemaglutinina Muestras de 1968 a HXB2 U69587SA U69588SA85.16 env U69585SA U69591SA U69589SA U69586SA U69593SA9 1.3 U6959SA9 dn/ds U69592SA9 U69584SA85 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 Muestras 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

4 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 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. 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 El análisis filogenético desmiente la teoría OPV Además indica el origen múltiple del HIV-1 a partir de SIVcpz del África central-oriental.

5 Origen del HIV-1 (III) Transmisión Mediante análisis filogenético, se estima que el grupo M del HIV-1 se originó cerca de 193. 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 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