Submitted by Ana Maria Fiscina Sampaio (fiscina@bahia.fiocruz.br) on 2012-07-23T21:39:24Z No. of bitstreams: 1 Luciane Amorim Santos Uso de ferramentas de bioinformática....pdf: 5329323 bytes, checksum: b477ef604e538000e5f8d84e1188ae91 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-07-23T21:39:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luciane Amorim Santos Uso de ferramentas de bioinformática....pdf: 5329323 bytes, checksum: b477ef604e538000e5f8d84e1188ae91 (MD5) Previous issue date: 2010 / Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Pesquisas Gonçalo Moniz. Salvador, Bahia, Brasil / As ferramentas de bioinformática tem sido amplamente utilizada para o melhor entendimento de diversos microorganismos. Neste trabalho foram realizados três estudos utilizando estas ferramentas para avaliar diferentes questões biológicas. No primeiro estudo realizou-se uma caracterização molecular de 57 sequências do gene pol, provenientes de pacientes infectados pelo HIV-1 de Salvador, Bahia, Brasil. Para identificar os subtipos e formas recombinantes do HIV-1 circulante na cidade de Salvador foi realizado análises filogenéticas, e através do algoritmo do banco de dados Stanford HIV resistance as mutações associadas à resistência aos ARVs foram detectadas. Entre as 57 sequências analisadas foram identificados neste estudo 45 (77,2%) pertencem ao subtipo B, 11 (21,0%) recombinantes BF e uma (1,8%) do subtipo F1. Além disto, uma alta frequência de eventos de recombinação entre os subtipos B e F foram detectados com 5 padrões de recombinação, duas intergênicas e três intragênicas, mostrando uma alta diversidade. As mutações encontradas com uma maior prevalência foram: I54V (PI) em 7,0%; M184V (NRTI) em 14,0% e K103N (NNRTI) em 10,5% das sequências analisadas. Estes resultados contribuem para traçar o perfil da epidemiologia molecular e diversidade do HIV-1 em Salvador. O segundo estudo avaliou a filodinâmica do HIV-1 em pares de mãe e filho infectados, e em diferentes fases da infecção, três pares na fase aguda e um na fase crônica, e que apresentavam sequências de diferentes tempos. Para este fim foi realizado inferências filogenéticas bayesianas, onde a hipótese do relógio molecular e de diferentes crescimentos populacional foram testadas. Não foi possível observar uma diferença entre a dinâmica da população viral da mãe e a encontrada no filho. Porém, quando observamos o crescimento populacional e o tamanho da população efetiva, ao longo do tempo, sequências provenientes de pares em fase crônica da infecção tem um crescimento mais constante, enquanto as sequências dos pares na fase aguda da infecção se observa uma dinâmica das populações virais, provavelmente devido à pressão do sistema imune e a não adaptação destes vírus. No terceiro estudo, 104 sequências do genoma completo do WNV, disponíveis no Genebank, foram estudadas para identificar a região genômica que apresenta máximo poder interpretativo para inferir relações temporais e geográficas entre as cepas do vírus. Alinhamentos de cada gene foram submetidos à avaliação do sinal filogenético através do programa TREEPUZZEL. As regiões NS3 e NS4 apresentaram um sinal filogenético acima de 70%, sendo as regiões mais indicadas para construção filogenética. Além disto, árvores bayesianas foram inferidas utilizando as regiões NS3, NS5 e E, onde os clados das árvores NS3 e NS5 apresentaram um maior suporte e estrutural temporal geográfica, diferente da região E. Estes achados mostram que os genes NS3 e NS5 são os mais indicados para análises filogenéticas. Neste trabalho foi demonstrando o uso de ferramentas de bioinformática para a melhor caracterização da diversidade, epidemiologia molecular, dinâmica populacional e determinação das relações temporal e geográfica dos vírus. / The bioinformatics tools have been widely used for better understanding of several microorganisms. Here three studies were performed using these tools to answer different biological questions. In the first study, it was conducted the molecular characterization of 57 HIV-1 pol gene sequences from infected patients from Salvador, Bahia, Brazil. To identify the HIV-1 subtypes and recombinants forms, phylogenetics analyses were performed and the Stanford HIV resistance Database were used to analyze the antiretroviral susceptibility. Among all analyzed sequences, 45 of them were (77.2%) subtype B, 11 (21.0%) were BF recombinant and one sequence was (1.8%) subtype F1. Furthermore, a high frequency of recombination events between subtypes B and F was detected with five different patterns: two intergenic and three intragenic. The mutations found with higher prevalence were: I54V (PI) in 7.0%; M184V (NRTI) in 14.0% and K103N (NNRTI) in 10.5% of the analyzed sequences. These results contribute for the knowledge of the molecular epidemiology and diversity of HIV-1 in Salvador. The second study have evaluated the HIV-1 phylodynamics in mother and child infected pairs in different stages of infections: three pairs acutely infected and one chronically infected. Phylogenetic inference was performed using the Bayesian framework were the molecular clock and different population growth models hypothesis were tested. We did not find any difference of the population dynamics between mother and child. However, when observing the population growth and the effective population size through time, the chronically infected pair sequences showed a constant growth, while the acutely infected pair sequences showed a more dynamic population growth, probably due to the immune system selective pressure. In the third study, 104 WNV full genome sequences were selected from Genbank, to identify the best genomic region, which could provide the maximal interpretative power to infer temporal and geographic relationships among the virus strains. The phylogenetic signal was evaluated using the TREEPUZZEL program. The results showed that the NS3 and NS5 regions are the best ones to infer phylogeny since their phylogenetic signal was higher than 70%. Furthermore, Bayesian trees were constructed using the NS3, NS5 and E regions, and the NS3 and NS5 tree clades showed a higher support and a temporal geographic structure, different from the E region. These findings show that the NS3 and NS5 genes are the most informative genes for phylogenetic analyses. These studies demonstrated the use of bioinformatics tools for the better characterization of the virus diversity, molecular epidemiology, and population dynamics.

Os Flavivírus são vírus de 40 50 nm de diâmetro, com formas esféricas e RNA de fita simples, com sentido positivo e aproximadamente 11 kb de comprimento. O Vírus da Febre Amarela, protótipo do grupo, é o agente causador da Febre Amarela, uma antiga doença que causou epidemias generalizadas na África, Américas do Norte e do Sul e Europa do século XVII ao início do século XX, e depois ressurgiu nas últimas décadas na África sub- saariana e América do Sul tropical. O presente trabalho busca a reconstrução da transmissão da Febre Amarela na América do Sul, no tempo e espaço, em especial, considerando a provável influência das populações humanas, primatas não humanos e mosquitos, na evolução e distribuição das linhagens genéticas de Febre Amarela, aplicando modelos de inferência Bayesiana para análises filogenéticas e filogeográficas e testando hipóteses de distribuição geográfica com modelagem de nicho ecológico. Os dados dão poucas evidências de que as estratégias de vacinação vigentes tenham efetivamente colaborado para a diminuição da ocorrência de Febre Amarela, indicando possíveis erros na estratégia de vacinação. A partir da análise Coalescente da população viral de Febre Amarela, a população viral apresentou um decréscimo importante iniciado em meados dos anos 90. A análise filogeográfica sugere um padrão geral de transmissibilidade Source-Sink destacando a região amazônica como fonte de diversidade para as outras áreas estudadas, com uma estrutura filogeográfica secundária em ondas. Assim, as introduções do vírus em áreas fora da amazônia tem ocorrência aleatória e podem ser ligadas temporalmente e geograficamente ao norte da America do Sul. Os modelos de distribuição geográfica corroboram esse padrão e indicam uma área possível para circulação da Febre Amarela ampla, englobando diversos ecótonos. Os resultados indicam um possível efeito em longo prazo da vacinação atuando diretamente sobre a evolução e dinâmica filogenética da Febre Amarela e sugere que monitorar a evolução do vírus da Febre Amarela é uma estratégia válida para compreender sua distribuição geográfica e evidenciar mecanismos complexos de transmissão e introdução. Por sua vez, os modelos de Nicho Ecológico mostraram ser ferramentas adequadas para calcular o risco da doença em determinadas áreas, sem sua ocorrência prévia, contribuindo como um modelo preditivos para orgãos de Vigilância prepararem suas estratégias de prevenção e controle no caso de possível introdução de patógenos / The flaviviruses are viruses of 40-50 nm in diameter, with spherical shaped and single-strand RNA with positive sense and approximately 11 kb in length. The Yellow Fever virus is the prototype of the group and the causative agent of Yellow Fever, a disease which caused widespread epidemics in Africa, North America, South America and Europe of the seventeenth century to the early twentieth century. The disease reemerged in recent decades in sub-Saharan Africa and tropical South America. This manuscript aims to reconstruct, in time and space, the transmission of yellow fever in South America, through the applying of a Bayesian inference model, considering the probable influence of human populations, nonhuman primates and mosquitoes on the evolution and distribution of Yellow Fever genetic lineages. Distributional pattern hypothesis will be tested by computational modeling of ecological niche. The data provide little evidence that current vaccination strategies have effectively contributed to reducing the occurrence of Yellow Fever, indicating possible errors in the vaccination strategy. From the analysis of the Yellow Fever population Coalescence, the viral population showed a significant decrease started in the mid-90s. The phylogeographic analysis suggests a general pattern of transmissibility \"Source-Sink\" highlighting the Amazon region as a source of diversity for the other areas studied, with a secondary phylogeographic wave like structure. Thus, the introductions of the virus into areas outside the Amazon has random occurrence and can be linked temporally and geographically to the north of South America The geographical distribution models corroborate this pattern and indicate a broad possible area for Yellow Fever circulation, encompassing many ecotones. The results indicate a possible long-term effect of vaccination acting directly on the evolution and phylogenetic dynamics of Yellow Fever and suggests that monitoring the evolution of the Yellow Fever virus is a valid strategy to understand the geographical distribution and highlight complex transmission mechanisms and spatial movements. In turn Ecological Niche models showed as an appropriate tool to calculate disease risk in certain areas without previous occurrence of the disease, working as a predictive model for Surveillance institutions prepare their strategies for prevention and control in the case of possible pathogen introduction

Os Flavivírus são vírus de 40 50 nm de diâmetro, com formas esféricas e RNA de fita simples, com sentido positivo e aproximadamente 11 kb de comprimento. O Vírus da Febre Amarela, protótipo do grupo, é o agente causador da Febre Amarela, uma antiga doença que causou epidemias generalizadas na África, Américas do Norte e do Sul e Europa do século XVII ao início do século XX, e depois ressurgiu nas últimas décadas na África sub- saariana e América do Sul tropical. O presente trabalho busca a reconstrução da transmissão da Febre Amarela na América do Sul, no tempo e espaço, em especial, considerando a provável influência das populações humanas, primatas não humanos e mosquitos, na evolução e distribuição das linhagens genéticas de Febre Amarela, aplicando modelos de inferência Bayesiana para análises filogenéticas e filogeográficas e testando hipóteses de distribuição geográfica com modelagem de nicho ecológico. Os dados dão poucas evidências de que as estratégias de vacinação vigentes tenham efetivamente colaborado para a diminuição da ocorrência de Febre Amarela, indicando possíveis erros na estratégia de vacinação. A partir da análise Coalescente da população viral de Febre Amarela, a população viral apresentou um decréscimo importante iniciado em meados dos anos 90. A análise filogeográfica sugere um padrão geral de transmissibilidade Source-Sink destacando a região amazônica como fonte de diversidade para as outras áreas estudadas, com uma estrutura filogeográfica secundária em ondas. Assim, as introduções do vírus em áreas fora da amazônia tem ocorrência aleatória e podem ser ligadas temporalmente e geograficamente ao norte da America do Sul. Os modelos de distribuição geográfica corroboram esse padrão e indicam uma área possível para circulação da Febre Amarela ampla, englobando diversos ecótonos. Os resultados indicam um possível efeito em longo prazo da vacinação atuando diretamente sobre a evolução e dinâmica filogenética da Febre Amarela e sugere que monitorar a evolução do vírus da Febre Amarela é uma estratégia válida para compreender sua distribuição geográfica e evidenciar mecanismos complexos de transmissão e introdução. Por sua vez, os modelos de Nicho Ecológico mostraram ser ferramentas adequadas para calcular o risco da doença em determinadas áreas, sem sua ocorrência prévia, contribuindo como um modelo preditivos para orgãos de Vigilância prepararem suas estratégias de prevenção e controle no caso de possível introdução de patógenos / The flaviviruses are viruses of 40-50 nm in diameter, with spherical shaped and single-strand RNA with positive sense and approximately 11 kb in length. The Yellow Fever virus is the prototype of the group and the causative agent of Yellow Fever, a disease which caused widespread epidemics in Africa, North America, South America and Europe of the seventeenth century to the early twentieth century. The disease reemerged in recent decades in sub-Saharan Africa and tropical South America. This manuscript aims to reconstruct, in time and space, the transmission of yellow fever in South America, through the applying of a Bayesian inference model, considering the probable influence of human populations, nonhuman primates and mosquitoes on the evolution and distribution of Yellow Fever genetic lineages. Distributional pattern hypothesis will be tested by computational modeling of ecological niche. The data provide little evidence that current vaccination strategies have effectively contributed to reducing the occurrence of Yellow Fever, indicating possible errors in the vaccination strategy. From the analysis of the Yellow Fever population Coalescence, the viral population showed a significant decrease started in the mid-90s. The phylogeographic analysis suggests a general pattern of transmissibility \"Source-Sink\" highlighting the Amazon region as a source of diversity for the other areas studied, with a secondary phylogeographic wave like structure. Thus, the introductions of the virus into areas outside the Amazon has random occurrence and can be linked temporally and geographically to the north of South America The geographical distribution models corroborate this pattern and indicate a broad possible area for Yellow Fever circulation, encompassing many ecotones. The results indicate a possible long-term effect of vaccination acting directly on the evolution and phylogenetic dynamics of Yellow Fever and suggests that monitoring the evolution of the Yellow Fever virus is a valid strategy to understand the geographical distribution and highlight complex transmission mechanisms and spatial movements. In turn Ecological Niche models showed as an appropriate tool to calculate disease risk in certain areas without previous occurrence of the disease, working as a predictive model for Surveillance institutions prepare their strategies for prevention and control in the case of possible pathogen introduction