Filogenia evolucao 2012

Evolução viral e o uso de ferramentasde bioinformática atila@usp.br Atila Iamarino http://scienceblogs.com.br/rainha/

O que é evolução molecularIntegração entre biologia molecular, biologiaevolutiva e genética de populações

Resumo Evolução Mecanismos Evolutivos Mutação Migração Recombinação Deriva Genética Seleção Natural Evolução viral Vírus de dsDNA: grandes genomas e grandes possibilidades Vírus de RNA: pequenos e furiosos Evolução do hospedeiro Ferramentas de estudo

A informação está contida no DNA/RNAA_Arizona_01_2009_112_2009.307 ATG AAT CCA AAC CAA AAG ATA ATA ACC ATT GGT TCG GTCA_Arizona_01_2009_112_2009.307 AUG AAU CCA AAC CAA AAG AUA AUA ACC AUU GGU UCG GUCA_Arizona_01_2009_112_2009.307 Met Asn Pro Asn Gln Lys Ile Ile Thr Ile Gly Ser Val

O que é evolução Conceito: Variação na frequência alélica entre uma geração e outraGeração 1 Geração 2 Geração 3 Geração 4

Mecanismos evolutivos: MutaçãoGeração 1 Geração 2 Geração 3 Geração 4 Mutação

Mecanismos evolutivos: Migração População 1 População 2Geração 1 Geração 2 Geração 3 Geração 4

Mecanismos evolutivos: RecombinaçãoSimon-Loriere, E., & Holmes, E. C. (2011). Whydo RNA viruses recombine? Nature reviews.Microbiology, 9(8), 617-626.

Mecanismos evolutivos: DerivaOrigem do alelo Tempo para fixação(1ª geração) ~4N gerações

Mecanismos evolutivos: Deriva População Gargalo (redução Sobreviventes Próxima parental drástica na geração população)

Mecanismos evolutivos: Seleção• Organismos diferem em sua habilidade de sobreviver e sereproduzir, devido principalmente a diferenças genéticas entre osindivíduos.• A cada geração os indivíduos que sobrevivem e sereplicam/reproduzem mais eficientemente, contribuem mais naformação da proxima geração.• A seleção atua somente em caracteres herdáveis.

Mecanismos evolutivos: Seleção FitnessFenótipo

Mecanismos evolutivos: Seleção Positiva• Comparação da taxa de substituição sinônima (dS) e não sinônima (dN)por sítio (dN/dS = ): Ser Met Leu Gly GlySeq 1: TCA ATG TTA GGG GGA † *† † **Seq 2: TCG ATA CTA GGT ATA Ser Ile Leu Gly Ile†substituição sinônima *substituição não sinônima dN/dS < 1.0 = seleção purificadora dN/dS ~ 1.0 = seleção neutra dN/dS > 1.0 = seleção positiva

Evolução viral: Taxa de mutação Taxa de mutação (mutações/sítio/replicação) Taxa de substituição (mutações/sítio/ano) Eucariotos: ~ 0.01 mutações por genoma, por replicação ~10-8 a 10-9 substituições/sítio/ano Bactérias: ~ 0.003 mutações por genoma, por replicação ~10-7 a 10-9 substituições/sítio/anoDuffy, S., Shackelton, L. a, & Holmes, E. C. (2008). Rates of evolutionary change in viruses: patterns anddeterminants. Nature reviews. Genetics, 9(4), 267-76. doi:10.1038/nrg2323

Vírus de dsDNA: grandes genomas e grandes possibilidades Imunomoduladores Enzimas chave de vias metabólicas Capacidade de permutar e evoluir genes capturados gene Bo17 de BoHV-4 20 a 30 vezes mais rápidoMarkine-Goriaynoff, N., Georgin, J.-P., Goltz, M., Zimmermann, W., Broll, H., Wamwayi, H. M., Pastoret, P.-P.,et al. (2003). The Core 2 β-1,6-N-Acetylglucosaminyltransferase-Mucin Encoded by Bovine Herpesvirus 4Was Acquired from an Ancestor of the African Buffalo. Journal of Virology, 77(3), 1784-1792.doi:10.1128/JVI.77.3.1784-1792.2003

Vírus de dsDNA: grandes genomas e grandes possibilidades EGT - ecdisonaHoover, K., Grove, M., Gardner, M., Hughes, D. P., McNeil, J., & Slavicek, J. (2011). A gene for an extendedphenotype. Science, 333(6048), 1401. doi:10.1126/science.1209199

Vírus de RNA: pequenos e furiososHIV:Genoma de 9,8 kb~10-3 substituições/sítio/replicação~ 1 mutações por genoma, porreplicação~10-10 partículas por diaAD101, CCR5 e CXCR4Trkola, A., Kuhmann, S. E., Strizki, J. M., Maxwell, E., Ketas, T., Morgan, T., Pugach, P., et al. (2002). HIV-1escape from a small molecule, CCR5-specific entry inhibitor does not involve CXCR4 use. PNAS, 99(1), 395-400. doi:10.1073/pnas.012519099

Vírus de RNA: pequenos e furiosos Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!!Smith, G. J. D., Vijaykrishna, D., Bahl, J., Lycett, S. J., Worobey, M., Pybus, O. G., Ma, S. K., et al. (2009).Origins and evolutionary genomics of the 2009 swine-origin H1N1 influenza A epidemic. Nature, 459(7250),1122-5.

Vírus de RNA: pequenos e furiosos Icosaedro: bornavirus Triângulo: filovirus Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!!Belyi, V. a, Levine, A.J. & Skalka, A.M., 2010. Unexpected inheritance: multiple integrations of ancientbornavirus and ebolavirus/marburgvirus sequences in vertebrate genomes. PLoS pathogens, 6(7),p.e1001030.

Evolução viral: ResumoDuffy, S., Shackelton, L. a, & Holmes, E. C. (2008). Rates of evolutionary change in viruses: patterns anddeterminants. Nature reviews. Genetics, 9(4), 267-76. doi:10.1038/nrg2323

Evolução do Hospedeiro: Imunidade inata Meyerson, N. R., & Sawyer, S. L. (2011). Two- stepping through time: mammals and viruses. Trends in microbiology, 19(6), 286-94. Elsevier Ltd. doi:10.1016/j.tim.2011.03.006

Evolução do Hospedeiro: Sincitina HERVs formam 8% do genoma Placenta Fusogênica e imunossupressoraLee YN, Bieniasz PD (2007) Reconstitution of an Infectious Human Endogenous Retrovirus. PLoS Pathog 3(1):e10. doi:10.1371/journal.ppat.0030010Mi, S., Lee, X., Li, X.-ping, Veldman, G. M., Finnerty, H., Racie, L., Lavallie, E., et al. (2000). Syncytin is a captiveretroviral envelope protein involved. Nature, 403(February), 785-789.

Evolução do Hospedeiro: Vespas parasitóidesIchneumonidae – IchnovírusBraconidae – Bracovírus Manduca sexta+ Cotesia congregata + PolydnavirusBézier, A., Annaheim, M., Herbinière, J., Wetterwald, C., Gyapay, G., Bernard-Samain, S., Wincker, P., et al.(2009). Polydnaviruses of braconid wasps derive from an ancestral nudivirus. Science .323(5916), 926-30.doi:10.1126/science.1166788Burke, G.R. and Strand, M.R. (2012). Deep Sequencing Identifies Viral and Wasp Genes with Potential Rolesin Replication of Microplitis demolitor Bracovirus. J. Virol. 86:3293-3306 doi:10.1128/JVI.06434-11

Evolução do Hospedeiro: Cianófagos e fotossistemas Fagos de Prochlorococcus e Synechococcus Fotossistemas turbinados psbA - 60% pertencem a fagos ~10% da fotossínteseMann, N. H., Cook, A., Millard, A., Bailey, S. &Clokie,M. Bacterial photosynthesis genes in a virus. Nature424, 741 (2003).Sharon, I., Alperovitch, A., Rohwer, F., Haynes, M.,Glaser, F., Atamna-Ismaeel, N., Pinter, R. Y., et al.(2009). Photosystem I gene cassettes are present in Sironen et al. (2001):marine virus genomes. Nature, 461(7261), 258-62.doi:10.1038/nature08284 Taxa de substituição ~1x10-7!!Rohwer, F., & Thurber, R. V. (2009). Viruses manipulatethe marine environment. Nature, 459(7244), 207-12.doi:10.1038/nature08060

Mimivírus e a origem... 600 nm Mamavírus Legionella sp. sem 16S 1,2 Mb RNAt: ArgRS, CysRS, MetRS e TyrRS 4º Domínio da vida? SputnikLa Scola, B., Audic, S., Robert, C., Jungang, L., Lamballerie, X. de, Drancourt, M., et al. (2003). A giant virus inamoebae. Science, 299(5615), 2033 et al. (2001): Sironen Taxa de substituição ~1x10-7!!La Scola, B., Desnues, C., Pagnier, I., Robert, C., Barrassi, L., Fournous, G., et al. (2008). The virophage as aunique parasite of the giant mimivirus. Nature, 455(7209), 100-4. doi: 10.1038/nature07218.

Raoult, D. et al. (2004). The 1.2-megabase genome sequence of Mimivirus.Science 306, 1344–1350.Moreira, D., & López-García, P. (2009). Ten reasons to exclude viruses from thetree of life. Nature reviews. Microbiology, 7(4), 306-11Hegde, N. R., Maddur, M. S., Kaveri, S. V., & Bayry, J. (2009). Reasons to includeviruses in the tree of life. Nature reviews. Microbiology, 7(8), 615Navas-Castillo, J. (2009). Six comments on the ten reasons for the demotion ofviruses. Nature reviews. Microbiology, 7(8), 615Claverie, J.-M., & Ogata, H. (2009). Ten good reasons not to exclude giruses fromthe evolutionary picture. Nature reviews. Microbiology, 7(8), 615Ludmir, E. B., & Enquist, L. W. (2009). Viral genomes are part of the phylogenetictree of life. Nature reviews. Microbiology, 7(8), 615Koonin, E. V., Senkevich, T. G., & Dolja, V. V. (2009). Compelling reasons whyviruses are relevant for the origin of cells. Nature reviews. Microbiology, 7(8), 615López-García, P., & Moreira, D. (2009). Yet viruses cannot be included in the treeof life. Nature Reviews Microbiology, 7(8), 615-617.Raoult, D. (2009). There is no such thing as a tree of life (and of course viruses areout!). Nature reviews. Microbiology, 7(8), 615

Mimivírus e a origem... Cafeteria roenbergensis virus - CroV 730 kb Mavirus ~ transposons Maverick polimerase integrase organização genômica Demais genes parecidos com SputnikYau, S., Lauro, F. M., DeMaere, M. Z., Brown, M. V., Thomas, T., Raftery, M. J., Andrews-Pfannkoch, C., et al. Sironen et al. (2001):(2011). Virophage control of antarctic algal host-virus dynamics. Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America, 108(15), 6163-8. doi:10.1073/pnas.1018221108La Scola, B., Taxa de substituição ~1x10-7!!Fischer, M. G., & Suttle, C. a. (2011). A virophage at the origin of large DNA transposons. Science (New York,N.Y.), 332(6026), 231-4. doi:10.1126/science.1199412

Mimivírus e a origem... Megavirus chilensis 1,26 Mb 594 genes compartilhados 50% de resíduos idênticos RNAt ArgRS, CysRS, MetRS e TyrRS + IleRS, TrpRS, e AsnRS Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!!Arslan, D., Legendre, M., Seltzer, V., Abergel, C., & Claverie, J.-M. (2011). Distant Mimivirus relative with alarger genome highlights the fundamental features of Megaviridae. Proceedings of the National Academy ofSciences, 108(42). doi:10.1073/pnas.1110889108

Ferramentas Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!!

Evolução viral como marcador Biek, R., Drummond, A. J., & Poss, M. (2006). A virus reveals population structure and recent demographic history of its carnivore host. Science, 311(5760), 538-41. doi:10.1126/science.1121360 Treicker DG, Lemey P, Velasco-Villa A, Rupprecht CE (2012) Rates of Viral Evolution Are Linked to Host Geography in Bat Rabies. PLoS Pathog 8(5): e1002720. doi:10.1371/journal.ppat.1002720

FilogeniasShackelton, L. a, & Holmes, E. C. (2004). The evolution of large DNA viruses: combining genomic informationof viruses and their hosts. Trends in microbiology, 12(10), 458-65. doi:10.1016/j.tim.2004.08.005

Filogenias contém história Imunidade cruzada efetiva Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!!Grenfell, B. T., Pybus, O. G., Gog, J. R., Wood, J. L. N., Daly, J. M., Mumford, J. a, & Holmes, E. C. (2004).Unifying the epidemiological and evolutionary dynamics of pathogens. Science, 303(5656), 327-32.

Filogenias contém história Imunidade cruzada parcial Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!!Grenfell, B. T., Pybus, O. G., Gog, J. R., Wood, J. L. N., Daly, J. M., Mumford, J. a, & Holmes, E. C. (2004).Unifying the epidemiological and evolutionary dynamics of pathogens. Science, 303(5656), 327-32.

Filogenias contém história Sem imunidade cruzada Sironen et al. (2001): Taxa de substituição ~1x10-7!!Grenfell, B. T., Pybus, O. G., Gog, J. R., Wood, J. L. N., Daly, J. M., Mumford, J. a, & Holmes, E. C. (2004).Unifying the epidemiological and evolutionary dynamics of pathogens. Science, 303(5656), 327-32.

Coalescência Atualmente Coalescência De volta ao MRCA Most Recent Common Ancestor (MRCA)

CoalescênciaHughes, G. J., Fearnhill, E., Dunn, D., Lycett, S. J., Rambaut, A., & Leigh Brown, A. J. (2009). Molecularphylodynamics of the heterosexual HIV epidemic in the United Kingdom. PLoS pathogens, 5(9), e1000590.

CoalescênciaGimenes, M. V., Zanotto, P. M. D. a, Suttle, C. a, da Cunha, H. B., & Mehnert, D. U. (2012). Phylodynamics andmovement of Phycodnaviruses among aquatic environments. The ISME journal, 6(2), 237-47.doi:10.1038/ismej.2011.93

Para MaisNot Exactly Rocket Sciencehttp://blogs.discovermagazine.com/notrocketscienceThe Loomhttp://blogs.discovermagazine.com/loom/Small Things Consideredhttp://schaechter.asmblog.org/ERVhttp://scienceblogs.com/erv/This Week in Virologyhttp://www.twiv.tv/

Filogenia evolucao 2012

by oatila on Jul 12, 2012

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