فیلودینامیک باکتریایی: تفاوت میان نسخهها
صفحهای تازه حاوی «== فیلودینامیک باکتریایی == '''فیلودینامیک باکتریایی''' {{انگلیسی|Bacterial phylodynamics}}...» ایجاد کرد |
(بدون تفاوت)
|
نسخهٔ ۵ ژوئن ۲۰۲۰، ساعت ۰۵:۴۷
فیلودینامیک باکتریایی
فیلودینامیک باکتریایی (به انگلیسی: Bacterial phylodynamics) مطالعه فرآیندهای ایمنیشناسی، همهگیرشناسی و فیلوژنتیک و نقش آنها در درخت تکامل نژادی بیماریزاهای باکتریایی میباشد.[۱] فیلودینامیک مطالعه فرآیندهای زیست محیطی، تکاملی و تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک برای درک بهتر مکانیسم هایی است که منجر به بروزالگوهای تکاملی در بیماریزاهای باکتریایی می شود. تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی شامل تجزیه و تحلیل تنوع ژنتیکی، انتخاب طبیعی و پویاییشناسی جمعیت از منظر تکاملات نژادی بیماری عفونی در طول همه گیری ها و مطالعه تکامل داخل میزبان ویروس ها میباشد.[۲] فیلودینامیک باکتریایی برای درک بهتر نقش تکاملی بیماریزاهای باکتریایی به بررسی چندریختی تک-نوکلئوتید ژنوم درآنها میپردازد. پیشرفت فناوری در زمینه توالی یابی در 10 سال گذشته، تأثیر گسترده ای در درک ما از فیلودینامیک باکتریایی و ژنومیک داشته است ، و با ادامه روند کاهشی هزینه توالی یابی، این فناوری ها هم در آزمایشگاه های آکادمیک و هم بالینی متداول می شوند. با این حال مقیاس عظیم داده هایی که طی چند سال آینده توسط دستگاه های توالی یابی تولید می شوند، مشکلات بسیاری نیز به وجود می آورند. صرفاً ذخیره اطلاعات به بانکهای عظیمی از درایو های دیسک سخت رایانه ای ، همراه با سیستمهای خنک کننده گران و راه حل های نرم افزاری نیاز دارد. همچنین، با افزایش اندازه پایگاه داده ها ، روش های تجزیه و تحلیل نیز باید انطباق پیدا کنند. در حال حاضر حتی بزرگترین تجزیه و تحلیل ها شامل صدها یا چند هزار نمونه است. این افزایش توالی ژنوم هانیاز به نوآوری در ذخیره داده ها ، دسترسی و تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیک نیز دارد.[۳]
روشها
مطالعات میتوانند برای بررسی تعاملات درون یک میزبان و یا بین میزبانها طراحی شوند. مطالعات در فیلودینامیک باکتریایی معمولا بر روی تعامل بین نمونه های بسیاری از میزبانهای مختلف در یک موقعیت جغرافیایی خاص یا چندین مکان جغرافیایی مختلف متمرکز است. از نکات بسیار مهم هنگام نمونهگیری از جمعیت و تفسیر نتایج مطالعات مربوط به نمونهگیری، استراتژی نمونه گیری میباشد که شامل مورادی همچون تعداد نقاط زمان نمونه برداری ، فاصله نمونه برداری و تعداد توالی در هر نقطه زمان میباشد.
تولید داده ها
تنظیمات آزمایشگاهی
توالی بخشی از ژنوم و یا کل ژنوم و روش توالی یابی از مهم ترین تنظیمات آزمایشی هستند. بسته به طراحی مطالعه، روش های مختلفی برای تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی قابل استفاده است اما معمولا برای تجزیه و تحلیل فیلودینامیک باکتریایی، توالی کل ژنوم باکتری را در نظر می گیرند. ژنوم باکتری بسیار بزرگتر از آرانایویروس هاست و سرعت تکاملی کندتری نیز دارد.در پی پیشرفت سریع توالی یابی کل ژنوم باکتریایی، خواندن و مقایسه ژنوم کامل باکتری ها مقرون به صرفه شده است. جهش هایی که به دلیل گسترش باکتری بین میزبان ایجاد می شود، به دانشمندان امکان را می دهد که درختان خانوادگی بیماری زا ها را به شکل مفصل تولید و مقایسه کنند و همچنین آن ها را با توزیع جغرافیایی باکتری ها مقایسه کنند. پیشرفت تکنولوژی توالی یابی، فیلودینامیک باکتریایی را ممکن ساخته است، اما تهیه مناسب کل ژنوم های باکتریایی الزامی است.[۴]
هم تراز سازی
هنگامی که یک مجموعه داده جدید برای تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی بدست می آید ، توالی ها در مجموعه داده های جدید تراز می شوند. معمولا جستجوی بلاست برای یافتن گونه های مشابه بیماری زاهای مورد توجه، انجام می شود. به توالی هایی که از از بلاست به دست می آیند، اطلاعاتی مانند تاریخ جمع آوری نمونه و موقعیت جغرافیایی نمونه باید قبل از اضافه شدن این توالی ها به مجموعه داده ها، اضافه شود. الگوریتم های همترازسازی چند توالی مجموعه داده ها را با کلیه توالی های انتخاب شده هم تراز می کنند. پس از اجرای الگوریتم همترازسازی چند توالی ، ویرایش دستی نیز توصیه می شود.در هنگام ویرایش دستی ، حذف و اضافه های حاصل از همترازسازی به صورت دستی ویرایش می شوند و این ویرایش دستی باعث می شود درخت فیلوژنتیکی دقیق تری به دست بیاید.
کنترل کیفیت
برای داشتن یک تحلیل دقیق فیلودینامیکی، لازم است از روش های کنترل کیفیت استفاده کنیم که شامل مورادی همچون بررسی نمونه های موجود در مجموعه داده ها برای بررسی آلودگی احتمالی ، اندازه گیری سیگنال فیلوژنتیک توالی ها و بررسی علائم احتمالی سویه های نوترکیب می باشد. آلودگی نمونه ها در مجموعه داده ها با روشهای مختلف آزمایشگاهی و با روشهای مناسب استخراج دیانای و آرانای قابل حذف است. برای بررسی سیگنال فیلوژنتیک در یک تراز نیز روش های گوناگونی وجود دارد ، مانند نقشه برداری درستنماييو آزمایش Xia برای اشباع. اگر سیگنال فیلوژنتیک یک تراز خیلی پایین باشد ، ممکن است ترازی طولانی تر یا تراز ژن دیگری در جاندار برای انجام تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک لازم باشد.اکثر الگوریتمهای مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک ، نوترکیبی را در نظر نمی گیرند. سویه هایی که علائم نوترکیبی را نشان می دهند یا باید از مجموعه داده ها خارج شوند یا به تنهایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند.[۲]
تحلیل داده ها
مدل تکاملی
اولین قدم در تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی پیدا کردن بهترین مدل جایگزین سیر تکاملی دیانای برای همترازسازی چند توالی می باشد. برای یافتن این مدل می توان از الگوریتم هایی مانند IQTREE [۵] و یا MEGA[۶] استفاده کرد.
استنتاج فیلوژنی
روش های مختلف برای استنباط فیلوژنی ها وجود دارد. این روش ها شامل الگوریتم های ساخت درخت مانند روش جفت گروه بدون وزن با میانگین حسابی، اتصال-همسایگی، بیشینه صرفهجویی (تبارزایی)، برآورد درستنمایی بیشینه و استنباط بیزی می باشد.[۲]
آزمون فرضیه
ارزیابی
آزمون درخت تکامل نژادی به دست آمده از نظر قابلیت اطمینان، یک قدم مهم در فیلودینامیک محسوب می شود. از روش های آزمایش قابلیت اطمینان درخت می توان به این موارد اشاره کرد: بوتاسترپینگ (آمار)، برآورد درستنمایی بیشینه و احتمال پسین در استنباط بیزی.[۲]
استنباط فیلودینامیک
روش های مختلفی برای ارزیابی قابلیت اطمینان فیلودینامیک یک مجموعه داده استفاده می شود. این روشها شامل تخمین ساعت مولکولی مجموعه داده ها ، تاریخچه جمعیتی ، ساختار جمعیت ، شارش ژن و تجزیه و تحلیل انتخاب هستند.[۲] نتایج فیلودینامیکی یک مجموعه داده می تواند به طراحی بهتر مطالعات آتی کمک کند.
جستارهای وابسته
منابع
- ↑ Volz, Erik M.; Koelle, Katia; Bedford, Trevor (2013-03-21). "Viral Phylodynamics". PLOS Computational Biology. 9 (3): e1002947. doi:10.1371/journal.pcbi.1002947. ISSN 1553-7358. PMC 3605911. PMID 23555203.
- ↑ ۲٫۰ ۲٫۱ ۲٫۲ ۲٫۳ ۲٫۴ Norström, Melissa M.; Karlsson, Annika C.; Salemi, Marco (2012-04-01). "Towards a new paradigm linking virus molecular evolution and pathogenesis: experimental design and phylodynamic inference". The New Microbiologica. 35 (2): 101–111. ISSN 1121-7138. PMID 22707126.
- ↑ Olson, P., Hughes, J., & Cotton, J. (Eds.). (2016). Next Generation Systematics (Systematics Association Special Volume Series). Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9781139236355
- ↑ Gordon, Stephen (2018). Bovine tuberculosis. Wallingford, Oxfordshire, UK Boston, MA, USA: CABI. ISBN 9781786391544.
- ↑ Nguyen, Lam-Tung; Schmidt, Heiko A.; von Haeseler, Arndt; Minh, Bui Quang (2015-01-01). "IQ-TREE: A Fast and Effective Stochastic Algorithm for Estimating Maximum-Likelihood Phylogenies". Molecular Biology and Evolution. 32 (1): 268–274. doi:10.1093/molbev/msu300. ISSN 0737-4038. PMC 4271533. PMID 25371430.
- ↑ Kumar, Sudhir; Stecher, Glen; Tamura, Koichiro (2016-07-01). "MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for Bigger Datasets". Molecular Biology and Evolution. 33 (7): 1870–1874. doi:10.1093/molbev/msw054. ISSN 1537-1719. PMID 27004904.