فیلودینامیک باکتریایی: تفاوت میان نسخه‌ها

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
تفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
Z Ehyaei (بحث | مشارکت‌ها)
۱۲۴ ویرایش‌ها
صفحه‌ای تازه حاوی «== فیلودینامیک باکتریایی == '''فیلودینامیک باکتریایی''' {{انگلیسی|Bacterial phylodynamics}}...» ایجاد کرد
 
Z Ehyaei (بحث | مشارکت‌ها)
۱۲۴ ویرایش‌ها
ابرابزار
خط ۱: خط ۱:
== فیلودینامیک باکتریایی ==
== فیلودینامیک باکتریایی ==
'''فیلودینامیک باکتریایی''' {{انگلیسی|Bacterial phylodynamics}} مطالعه فرآیندهای [[ایمنی‌شناسی]]، [[همه‌گیرشناسی]] و [[فیلوژنتیک]] و نقش آن‌ها در [[درخت تبارزایی|درخت تکامل نژادی]] [[بیماری‌زا|بیماری‌زا]]های باکتریایی می‌باشد.<ref>{{Cite journal|last=Volz|first=Erik M.|last2=Koelle|first2=Katia|last3=Bedford|first3=Trevor|date=2013-03-21|title=Viral Phylodynamics|journal=PLOS Computational Biology|volume=9|issue=3|pages=e1002947|doi=10.1371/journal.pcbi.1002947|issn=1553-7358|pmc=3605911|pmid=23555203}}</ref>
'''فیلودینامیک باکتریایی''' {{انگلیسی|Bacterial phylodynamics}} مطالعه فرآیندهای [[ایمنی‌شناسی]]، [[همه‌گیرشناسی]] و [[فیلوژنتیک]] و نقش آن‌ها در [[درخت تبارزایی|درخت تکامل نژادی]] [[بیماری‌زا]]های باکتریایی می‌باشد.<ref>{{Cite journal|last=Volz|first=Erik M.|last2=Koelle|first2=Katia|last3=Bedford|first3=Trevor|date=2013-03-21|title=Viral Phylodynamics|journal=PLOS Computational Biology|volume=9|issue=3|pages=e1002947|doi=10.1371/journal.pcbi.1002947|issn=1553-7358|pmc=3605911|pmid=23555203}}</ref>
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.
فیلودینامیک مطالعه فرآیندهای زیست‌محیطی، تکاملی و تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک برای درک بهتر مکانیسم‌هایی است که منجر به بروزالگوهای تکاملی در بیماری‌زاهای باکتریایی می‌شود.
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.<ref name=":1">{{Cite journal|last=Norström|first=Melissa M.|last2=Karlsson|first2=Annika C.|last3=Salemi|first3=Marco|date=2012-04-01|title=Towards a new paradigm linking virus molecular evolution and pathogenesis: experimental design and phylodynamic inference|journal=The New Microbiologica|volume=35|issue=2|pages=101–111|issn=1121-7138|pmid=22707126}}</ref>
تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی شامل تجزیه و تحلیل [[تنوع ژنتیکی]]، [[انتخاب طبیعی]] و [[پویایی‌شناسی جمعیت]] از منظر تکاملات نژادی بیماری عفونی در طول همه‌گیری‌ها و مطالعه تکامل داخل میزبان ویروس‌ها می‌باشد.<ref name=":1">{{Cite journal|last=Norström|first=Melissa M.|last2=Karlsson|first2=Annika C.|last3=Salemi|first3=Marco|date=2012-04-01|title=Towards a new paradigm linking virus molecular evolution and pathogenesis: experimental design and phylodynamic inference|journal=The New Microbiologica|volume=35|issue=2|pages=101–111|issn=1121-7138|pmid=22707126}}</ref>
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.
فیلودینامیک باکتریایی برای درک بهتر نقش تکاملی بیماری‌زاهای باکتریایی به بررسی [[چندریختی تک-نوکلئوتید]] [[ژنوم]] درآن‌ها می‌پردازد. پیشرفت فناوری در زمینه توالی یابی در ۱۰ سال گذشته، تأثیر گسترده‌ای در درک ما از فیلودینامیک باکتریایی و ژنومیک داشته‌است، و با ادامه روند کاهشی هزینه توالی یابی، این فناوری‌ها هم در آزمایشگاه‌های آکادمیک و هم بالینی متداول می‌شوند.
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 دیسک سخت|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.<ref>Olson, P., Hughes, J., & Cotton, J. (Eds.). (2016). Next Generation Systematics (Systematics Association Special Volume Series). Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9781139236355</ref>
با این حال مقیاس عظیم داده‌هایی که طی چند سال آینده توسط دستگاه‌های توالی یابی تولید می‌شوند، مشکلات بسیاری نیز به وجود می‌آورند. صرفاً ذخیره اطلاعات به بانکهای عظیمی از [[درایو دیسک سخت|درایوهای دیسک سخت]] رایانه ای، همراه با سیستمهای خنک‌کننده گران و راه حل‌های نرم‌افزاری نیاز دارد. همچنین، با افزایش اندازه پایگاه داده‌ها، روش‌های تجزیه و تحلیل نیز باید انطباق پیدا کنند. در حال حاضر حتی بزرگترین تجزیه و تحلیل‌ها شامل صدها یا چند هزار نمونه است. این افزایش توالی ژنوم هانیاز به نوآوری در ذخیره داده‌ها، دسترسی و تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیک نیز دارد.<ref>Olson, P. , Hughes, J. , & Cotton, J. (Eds.). (2016). Next Generation Systematics (Systematics Association Special Volume Series). Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9781139236355</ref>

== روش‌ها ==
== 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.
مطالعات می‌توانند برای بررسی تعاملات درون یک میزبان یا بین میزبان‌ها طراحی شوند. مطالعات در فیلودینامیک باکتریایی معمولاً بر روی تعامل بین نمونه‌های 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 نمونه‌گیری می‌باشد که شامل مورادی همچون تعداد نقاط زمان نمونه برداری، فاصله نمونه برداری و تعداد توالی در هر نقطه زمان می‌باشد.


=== تولید داده ها===
=== تولید داده‌ها ===
==== تنظیمات آزمایشگاهی ====
==== 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 [[آران‌ای]]ویروس 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.<ref>{{cite book | last = Gordon | first = Stephen | title = Bovine tuberculosis | publisher = CABI | location = Wallingford, Oxfordshire, UK Boston, MA, USA | year = 2018 | isbn = 9781786391544 }}</ref>
توالی بخشی از ژنوم یا کل ژنوم و روش توالی یابی از مهم‌ترین تنظیمات آزمایشی هستند. بسته به طراحی مطالعه، روش‌های مختلفی برای تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی قابل استفاده است اما معمولاً برای تجزیه و تحلیل فیلودینامیک باکتریایی، توالی کل ژنوم باکتری را در نظر می‌گیرند. ژنوم باکتری بسیار بزرگتر از [[آران‌ای]]ویروس هاست و سرعت تکاملی کندتری نیز دارد. در پی پیشرفت سریع توالی یابی کل ژنوم باکتریایی، خواندن و مقایسه ژنوم کامل باکتری‌ها مقرون به صرفه شده‌است. جهش‌هایی که به دلیل گسترش باکتری بین میزبان ایجاد می‌شود، به دانشمندان امکان را می‌دهد که درختان خانوادگی بیماری‌زاها را به شکل مفصل تولید و مقایسه کنند و همچنین آن‌ها را با توزیع جغرافیایی باکتری‌ها مقایسه کنند. پیشرفت تکنولوژی توالی یابی، فیلودینامیک باکتریایی را ممکن ساخته‌است، اما تهیه مناسب کل ژنوم‌های باکتریایی الزامی است.<ref>{{cite book | last = Gordon | first = Stephen | title = Bovine tuberculosis | publisher = CABI | location = Wallingford, Oxfordshire, UK Boston, MA, USA | year = 2018 | isbn = 978-1-78639-154-4}}</ref>

==== هم تراز سازی ====
==== 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.
هنگامی که یک مجموعه داده جدید برای تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی بدست می‌آید، توالی‌ها در مجموعه داده‌های جدید تراز می‌شوند. معمولاً جستجوی [[بلاست]] برای یافتن گونه‌های مشابه بیماری‌زاهای مورد توجه، انجام می‌شود. به توالی‌هایی که از از بلاست به دست می‌آیند، اطلاعاتی مانند تاریخ جمع‌آوری نمونه و موقعیت جغرافیایی نمونه باید قبل از اضافه شدن این توالی‌ها به مجموعه داده‌ها، اضافه شود. الگوریتم‌های [[هم‌ترازسازی چند توالی]] مجموعه داده‌ها را با کلیه توالی‌های انتخاب شده هم تراز می‌کنند. پس از اجرای الگوریتم هم‌ترازسازی چند توالی، ویرایش دستی نیز توصیه می‌شود. در هنگام ویرایش دستی، حذف و اضافه‌های حاصل از هم‌ترازسازی به صورت دستی ویرایش می‌شوند و این ویرایش دستی باعث می‌شود درخت فیلوژنتیکی دقیق تری به دست بیاید.

==== کنترل کیفیت ====
==== 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 [[درستنمايي]]و 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.<ref name=":1" />
برای داشتن یک تحلیل دقیق فیلودینامیکی، لازم است از روش‌های کنترل کیفیت استفاده کنیم که شامل مورادی همچون بررسی نمونه‌های موجود در مجموعه داده‌ها برای بررسی آلودگی احتمالی، اندازه‌گیری سیگنال فیلوژنتیک توالی‌ها و بررسی علائم احتمالی [[سویه]]‌های نوترکیب می‌باشد. آلودگی نمونه‌ها در مجموعه داده‌ها با روشهای مختلف آزمایشگاهی و با روشهای مناسب استخراج [[دی‌ان‌ای]] و آران‌ای قابل حذف است. برای بررسی سیگنال فیلوژنتیک در یک تراز نیز روش‌های گوناگونی وجود دارد، مانند نقشه‌برداری [[درستنمایی]] و آزمایش Xia برای اشباع. اگر سیگنال فیلوژنتیک یک تراز خیلی پایین باشد، ممکن است ترازی طولانی‌تر 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 نمی‌گیرند. سویه‌هایی که علائم نوترکیبی را نشان می‌دهند یا باید از مجموعه داده‌ها خارج شوند یا به تنهایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند.<ref name=":1"/>

=== تحلیل داده ها ===
=== تحلیل داده‌ها ===
==== مدل تکاملی ====
==== مدل تکاملی ====
اولین قدم در تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی پیدا کردن بهترین [[مدل‌های سیر تکاملی دی‌ان‌ای|مدل‌ جایگزین سیر تکاملی دی‌ان‌ای]] برای [[هم‌ترازسازی چند توالی]] می باشد. برای یافتن این مدل می توان از الگوریتم هایی مانند IQTREE <ref>{{Cite journal|last=Nguyen|first=Lam-Tung|last2=Schmidt|first2=Heiko A.|last3=von Haeseler|first3=Arndt|last4=Minh|first4=Bui Quang|date=2015-01-01|title=IQ-TREE: A Fast and Effective Stochastic Algorithm for Estimating Maximum-Likelihood Phylogenies|journal=Molecular Biology and Evolution|volume=32|issue=1|pages=268–274|doi=10.1093/molbev/msu300|issn=0737-4038|pmc=4271533|pmid=25371430}}</ref> و یا MEGA<ref>{{Cite journal|last=Kumar|first=Sudhir|last2=Stecher|first2=Glen|last3=Tamura|first3=Koichiro|date=2016-07-01|title=MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for Bigger Datasets|journal=Molecular Biology and Evolution|volume=33|issue=7|pages=1870–1874|doi=10.1093/molbev/msw054|issn=1537-1719|pmid=27004904|doi-access=free}}</ref> استفاده کرد.
اولین قدم در تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی پیدا کردن بهترین [[مدل‌های سیر تکاملی دی‌ان‌ای|مدل جایگزین سیر تکاملی دی‌ان‌ای]] برای [[هم‌ترازسازی چند توالی]] می‌باشد. برای یافتن این مدل می‌توان از الگوریتم‌هایی مانند IQTREE<ref>{{Cite journal|last=Nguyen|first=Lam-Tung|last2=Schmidt|first2=Heiko A.|last3=von Haeseler|first3=Arndt|last4=Minh|first4=Bui Quang|date=2015-01-01|title=IQ-TREE: A Fast and Effective Stochastic Algorithm for Estimating Maximum-Likelihood Phylogenies|journal=Molecular Biology and Evolution|volume=32|issue=1|pages=268–274|doi=10.1093/molbev/msu300|issn=0737-4038|pmc=4271533|pmid=25371430}}</ref> یا MEGA<ref>{{Cite journal|last=Kumar|first=Sudhir|last2=Stecher|first2=Glen|last3=Tamura|first3=Koichiro|date=2016-07-01|title=MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for Bigger Datasets|journal=Molecular Biology and Evolution|volume=33|issue=7|pages=1870–1874|doi=10.1093/molbev/msw054|issn=1537-1719|pmid=27004904|doi-access=free}}</ref> استفاده کرد.

==== استنتاج فیلوژنی ====
==== 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.<ref name=":1" />
روش‌های مختلف برای استنباط فیلوژنی‌ها وجود دارد. این روش‌ها شامل الگوریتم‌های ساخت درخت مانند [[روش جفت گروه بدون وزن با میانگین حسابی]]، [[اتصال-همسایگی]]، [[بیشینه صرفه‌جویی (تبارزایی)]]، [[برآورد درست‌نمایی بیشینه]] و [[استنباط بیزی]] می‌باشد.<ref name=":1"/>

=== آزمون فرضیه ===
=== آزمون فرضیه ===
==== ارزیابی ====
==== 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]].<ref name=":1" />
آزمون درخت تکامل نژادی به دست آمده از نظر قابلیت اطمینان، یک قدم مهم در فیلودینامیک محسوب می‌شود. از روش‌های آزمایش قابلیت اطمینان درخت می‌توان به این موارد اشاره کرد: [[بوت‌استرپینگ (آمار)]]، [[برآورد درست‌نمایی بیشینه]] و [[احتمال پسین]] در [[استنباط بیزی]].<ref name=":1"/>

==== استنباط فیلودینامیک ====
==== 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.<ref name=":1" /> نتایج فیلودینامیکی یک مجموعه داده می تواند به طراحی بهتر مطالعات آتی کمک کند.
روش‌های مختلفی برای ارزیابی قابلیت اطمینان فیلودینامیک یک مجموعه داده استفاده می‌شود. این روشها شامل تخمین [[ساعت مولکولی]] مجموعه داده‌ها، تاریخچه جمعیتی، ساختار جمعیت، [[شارش ژن]] و تجزیه و تحلیل انتخاب هستند.<ref name=":1"/> نتایج فیلودینامیکی یک مجموعه داده می‌تواند به طراحی بهتر مطالعات آتی کمک کند.

== جستارهای وابسته ==
== جستارهای وابسته ==
*[[مدل‌های سیر تکاملی دی‌ان‌ای]]
* [[مدل‌های سیر تکاملی دی‌ان‌ای]]
*[[ماتریس‌های فاصله در فیلوژنی]]
* [[ماتریس‌های فاصله در فیلوژنی]]
*[[فیلوژنتیک محاسباتی]]
* [[فیلوژنتیک محاسباتی]]
*[[فیلوژنتیک مولکولی]]
* [[فیلوژنتیک مولکولی]]


== منابع ==
== منابع ==

نسخهٔ ‏۵ ژوئن ۲۰۲۰، ساعت ۰۵:۵۴

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 زیست‌محیطی، تکاملی و تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک برای درک بهتر مکانیسم‌هایی است که منجر به بروزالگوهای تکاملی در بیماری‌زاهای باکتریایی می‌شود. تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی شامل تجزیه و تحلیل تنوع ژنتیکی، انتخاب طبیعی و پویایی‌شناسی جمعیت از منظر تکاملات نژادی بیماری عفونی در طول همه‌گیری‌ها و مطالعه تکامل داخل میزبان ویروس‌ها 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 ۱۰ سال گذشته، تأثیر گسترده‌ای در درک ما از فیلودینامیک باکتریایی و ژنومیک داشته‌است، و با ادامه روند کاهشی هزینه توالی یابی، این فناوری‌ها هم در آزمایشگاه‌های آکادمیک و هم بالینی متداول می‌شوند. با این حال مقیاس عظیم داده‌هایی که طی چند سال آینده توسط دستگاه‌های توالی یابی تولید می‌شوند، مشکلات بسیاری نیز به وجود می‌آورند. صرفاً ذخیره اطلاعات به بانکهای عظیمی از درایوهای دیسک سخت رایانه ای، همراه با سیستمهای خنک‌کننده گران و راه حل‌های نرم‌افزاری نیاز دارد. همچنین، با افزایش اندازه پایگاه داده‌ها، روش‌های تجزیه و تحلیل نیز باید انطباق پیدا کنند. در حال حاضر حتی بزرگترین تجزیه و تحلیل‌ها شامل صدها یا چند هزار نمونه است. این افزایش توالی ژنوم هانیاز به نوآوری در ذخیره داده‌ها، دسترسی و تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیک نیز دارد.[۳]

روش‌ها

مطالعات می‌توانند برای بررسی تعاملات درون یک میزبان یا بین میزبان‌ها طراحی شوند. مطالعات در فیلودینامیک باکتریایی معمولاً بر روی تعامل بین نمونه‌های 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 نمونه‌گیری می‌باشد که شامل مورادی همچون تعداد نقاط زمان نمونه برداری، فاصله نمونه برداری و تعداد توالی در هر نقطه زمان می‌باشد.

تولید داده‌ها

تنظیمات آزمایشگاهی

توالی بخشی از ژنوم یا کل ژنوم و روش توالی یابی از مهم‌ترین تنظیمات آزمایشی هستند. بسته به طراحی مطالعه، روش‌های مختلفی برای تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی قابل استفاده است اما معمولاً برای تجزیه و تحلیل فیلودینامیک باکتریایی، توالی کل ژنوم باکتری را در نظر می‌گیرند. 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 باکتری‌ها مقرون به صرفه شده‌است. جهش‌هایی که به دلیل گسترش باکتری بین میزبان ایجاد می‌شود، به دانشمندان امکان را می‌دهد که درختان خانوادگی بیماری‌زاها را به شکل مفصل تولید و مقایسه کنند و همچنین آن‌ها را با توزیع جغرافیایی باکتری‌ها مقایسه کنند. پیشرفت تکنولوژی توالی یابی، فیلودینامیک باکتریایی را ممکن ساخته‌است، اما تهیه مناسب کل ژنوم‌های باکتریایی الزامی است.[۴]

هم تراز سازی

هنگامی که یک مجموعه داده جدید برای تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی بدست می‌آید، توالی‌ها در مجموعه داده‌های جدید تراز می‌شوند. معمولاً جستجوی بلاست برای یافتن گونه‌های مشابه بیماری‌زاهای مورد توجه، انجام می‌شود. به توالی‌هایی که از از بلاست به دست می‌آیند، اطلاعاتی مانند تاریخ جمع‌آوری نمونه و موقعیت جغرافیایی نمونه باید قبل از اضافه شدن این توالی‌ها به مجموعه داده‌ها، اضافه شود. الگوریتم‌های هم‌ترازسازی چند توالی مجموعه داده‌ها را با کلیه توالی‌های انتخاب شده هم تراز می‌کنند. پس از اجرای الگوریتم هم‌ترازسازی چند توالی، ویرایش دستی نیز توصیه می‌شود. در هنگام ویرایش دستی، حذف و اضافه‌های حاصل از هم‌ترازسازی به صورت دستی ویرایش می‌شوند و این ویرایش دستی باعث می‌شود درخت فیلوژنتیکی دقیق تری به دست بیاید.

کنترل کیفیت

برای داشتن یک تحلیل دقیق فیلودینامیکی، لازم است از روش‌های کنترل کیفیت استفاده کنیم که شامل مورادی همچون بررسی نمونه‌های موجود در مجموعه داده‌ها برای بررسی آلودگی احتمالی، اندازه‌گیری سیگنال فیلوژنتیک توالی‌ها و بررسی علائم احتمالی سویه‌های نوترکیب می‌باشد. آلودگی نمونه‌ها در مجموعه داده‌ها با روشهای مختلف آزمایشگاهی و با روشهای مناسب استخراج دی‌ان‌ای و آران‌ای قابل حذف است. برای بررسی سیگنال فیلوژنتیک در یک تراز نیز روش‌های گوناگونی وجود دارد، مانند نقشه‌برداری درستنمایی و آزمایش Xia برای اشباع. اگر سیگنال فیلوژنتیک یک تراز خیلی پایین باشد، ممکن است ترازی طولانی‌تر 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 نمی‌گیرند. سویه‌هایی که علائم نوترکیبی را نشان می‌دهند یا باید از مجموعه داده‌ها خارج شوند یا به تنهایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند.[۲]

تحلیل داده‌ها

مدل تکاملی

اولین قدم در تجزیه و تحلیل فیلودینامیکی پیدا کردن بهترین مدل جایگزین سیر تکاملی دی‌ان‌ای برای هم‌ترازسازی چند توالی می‌باشد. برای یافتن این مدل می‌توان از الگوریتم‌هایی مانند IQTREE[۵] یا MEGA[۶] استفاده کرد.

استنتاج فیلوژنی

روش‌های مختلف برای استنباط فیلوژنی‌ها وجود دارد. این روش‌ها شامل الگوریتم‌های ساخت درخت مانند روش جفت گروه بدون وزن با میانگین حسابی، اتصال-همسایگی، بیشینه صرفه‌جویی (تبارزایی)، برآورد درست‌نمایی بیشینه و استنباط بیزی می‌باشد.[۲]

آزمون فرضیه

ارزیابی

آزمون درخت تکامل نژادی به دست آمده از نظر قابلیت اطمینان، یک قدم مهم در فیلودینامیک محسوب می‌شود. از روش‌های آزمایش قابلیت اطمینان درخت می‌توان به این موارد اشاره کرد: بوت‌استرپینگ (آمار)، برآورد درست‌نمایی بیشینه و احتمال پسین در استنباط بیزی.[۲]

استنباط فیلودینامیک

روش‌های مختلفی برای ارزیابی قابلیت اطمینان فیلودینامیک یک مجموعه داده استفاده می‌شود. این روشها شامل تخمین ساعت مولکولی مجموعه داده‌ها، تاریخچه جمعیتی، ساختار جمعیت، شارش ژن و تجزیه و تحلیل انتخاب هستند.[۲] نتایج فیلودینامیکی یک مجموعه داده می‌تواند به طراحی بهتر مطالعات آتی کمک کند.

جستارهای وابسته

منابع

  1. ↑ 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.
  2. ↑ 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.
  3. ↑ Olson, P. , Hughes, J. , & Cotton, J. (Eds.). (2016). Next Generation Systematics (Systematics Association Special Volume Series). Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9781139236355
  4. ↑ Gordon, Stephen (2018). Bovine tuberculosis. Wallingford, Oxfordshire, UK Boston, MA, USA: CABI. ISBN 978-1-78639-154-4.
  5. ↑ 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.
  6. ↑ 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.
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=فیلودینامیک_باکتریایی&oldid=29211885»