فیلوژنتیک مولکولی و تحلیل تکاملی
فیلوژنتیک مولکولی روابط تکاملی بین ویروسها را از توالیهای ژنتیکی آنها بازسازی میکند و آنها را به صورت درختی نمایش میدهد که در آن شاخهبندی نشاندهنده نیای مشترک و واگرایی است. با اعمال این روش بر توالیهای ویروسی تولید شده توسط آزمایشگاههای تشخیصی و نظارتی، انواع ویروسها شناسایی میشوند، نحوه ارتباط ویروسها ردیابی میگردد و از استنتاج در مورد تکامل و گسترش آنها حمایت میشود.
Definition
فیلوژنتیک مولکولی استنتاج روابط تکاملی بین ویروسها از توالیهای نوکلئوتیدی یا اسید آمینه همتراز شده است که درختانی را تولید میکند که توپولوژی و طول شاخههای آنها نیای مشترک و واگرایی ژنتیکی را خلاصه میکند.
Scope
این موضوع اصول ساخت و تفسیر درختان فیلوژنتیک از توالیهای ویروسی را پوشش میدهد: همترازسازی توالی، روشهای ساخت درخت مبتنی بر فاصله و مبتنی بر ویژگی، پشتیبانی آماری مانند بوتاسترپینگ، و استفاده از فیلوژنیها برای شناسایی واریانتها و روابط تکاملی. این یک مرجع روششناختی و تحلیلی است و پروتکلها یا توصیههای مدیریت بالینی را ارائه نمیدهد.
Core questions
- چگونه توالیهای ویروسی همتراز شده به درختی از روابط تکاملی تبدیل میشوند؟
- ترتیب شاخهبندی و طول شاخه چه چیزی را نشان میدهند؟
- اطمینان به ساختار یک درخت چگونه ارزیابی میشود؟
- فیلوژنیها چگونه میتوانند به درک واریانتهای ویروسی، تنوع و گسترش آنها کمک کنند؟
Key concepts
- همترازسازی توالی
- توپولوژی درخت فیلوژنتیک و طول شاخه
- روشهای مبتنی بر فاصله (مانند همسایهگزینی)
- حداکثر درستنمایی و استنتاج بیزی
- مدلهای جایگزینی
- پشتیبانی بوتاسترپ
- ساعت مولکولی
- اپیدمیولوژی ژنومی و فیلودینامیک
Mechanisms
تحلیل فیلوژنتیک با همترازسازی توالیهای ویروسی همولوگ آغاز میشود تا موقعیتهای متناظر با یکدیگر مقایسه شوند. از این همترازی، روابط را میتوان با روشهای مبتنی بر فاصله استنتاج کرد که تفاوتهای جفتی را در یک درخت خلاصه میکنند (مانند همسایهگزینی)، یا با روشهای مبتنی بر ویژگی مانند حداکثر درستنمایی و استنتاج بیزی، که ارزیابی میکنند درختان کاندید تحت یک مدل جایگزینی نوکلئوتیدی تا چه حد توالیهای مشاهده شده را به خوبی توضیح میدهند. توپولوژی درخت حاصل، نیای استنتاج شده را نشان میدهد و طول شاخههای آن منعکسکننده تغییر ژنتیکی تخمین زده شده است. اطمینان به شاخهبندی معمولاً با بوتاسترپینگ ارزیابی میشود، که با نمونهبرداری مجدد از جایگاهها، میزان تکرار یک گروه را میسنجد. هنگامی که تاریخهای نمونهبرداری گنجانده میشوند، مدلهای ساعت مولکولی واگرایی ژنتیکی را به زمان مرتبط میکنند و از استنتاج فیلودینامیک در مورد سرعت و الگوهای تکامل و گسترش ویروسی حمایت میکنند.
Clinical relevance
تحلیل فیلوژنتیک با قرار دادن ویروسهای شناسایی شده در بستر تکاملی خود، تشخیص آزمایشگاهی را به شناسایی ویژگیها پیوند میدهد و به تعریف واریانتها و درک ارتباط بین ایزولهها کمک میکند. این مدخل روشهای تحلیلی و آنچه درختان میتوانند و نمیتوانند نشان دهند را توصیف میکند؛ این یک توصیف است و مبنایی برای تصمیمات تشخیصی یا درمانی فردی نیست.
Epidemiology
نظارت ژنومی و فیلوژنتیک به یک مکمل معمول برای تشخیص مولکولی تبدیل شده است که برای ردیابی واریانتهای نوظهور و بازسازی الگوهای انتقال استفاده میشود؛ توالییابی در مقیاس بزرگ در طول همهگیری کووید-۱۹، نظارت فیلوژنتیک بلادرنگ بر تکامل ویروسی را به یک فعالیت برجسته بهداشت عمومی تبدیل کرد.
History
فیلوژنتیک کمی در دهه ۱۹۸۰ با رسمی شدن روشهای استنتاج و ارزیابی درختان از دادههای مولکولی به بلوغ رسید: فلسنشتاین در سال ۱۹۸۵ بوتاسترپ را برای ارزیابی اطمینان معرفی کرد و سایتو و نی در سال ۱۹۸۷ الگوریتم پرکاربرد همسایهگزینی را توصیف کردند. نرمافزارهایی مانند بسته MEGA، که تا نسخه ۱۱ در سال ۲۰۲۱ بهروزرسانی شده است، این تحلیلها را به طور گستردهای قابل دسترس ساخت و به طور گستردهای برای دادههای توالی ویروسی به کار میرود.
Key figures
- Joseph Felsenstein
- Masatoshi Nei
- Naruya Saitou
Related topics
Seminal works
- felsenstein-1985
- saitou-nei-1987
- tamura-2021
Frequently asked questions
- یک درخت فیلوژنتیک ویروسها چه چیزی را نشان میدهد؟
- این درخت روابط تکاملی استنتاج شده بین توالیهای ویروسی را نشان میدهد: ترتیب شاخهبندی منعکسکننده نیای مشترک و واگرایی است، و طول شاخهها منعکسکننده میزان تغییر ژنتیکی تخمین زده شده است. این یک فرضیه در مورد خویشاوندی است، نه یک مشاهده مستقیم از تاریخچه.
- چرا پشتیبانی بوتاسترپ در کنار درختان فیلوژنتیک گزارش میشود؟
- بوتاسترپینگ با نمونهبرداری مجدد از موقعیتها در همترازی، میزان ثبات هر گروه را آزمایش میکند و معیاری از اطمینان به شاخهها را ارائه میدهد. پشتیبانی پایین نشان میدهد که یک رابطه خاص در درخت نامطمئن است.