Genotyping dan Filogenetika Virus

Genotyping dan filogenetika virus menggunakan data sekuens virus untuk mengklasifikasikan virus ke dalam genotipe atau subtipe dan untuk merekonstruksi hubungan evolusi dan transmisinya. Karena banyak virus yang penting secara klinis bermutasi dengan cepat, analisis berbasis sekuens merupakan alat utama untuk memahami keragaman, penyebaran, dan adaptasinya.

Definition

Genotyping virus menetapkan virus ke dalam kelompok genetik yang terdefinisi (genotipe, subtipe, atau klade) berdasarkan sekuensnya, sementara filogenetika virus menyimpulkan pohon evolusi yang menghubungkan sekuens virus dan menggunakannya untuk mempelajari asal-usul, diversifikasi, dan transmisinya.

Scope

Topik ini mencakup genotyping virus melalui analisis sekuens, metode filogenetika yang digunakan untuk menghubungkan sekuens virus, dan penerapan metode ini pada epidemiologi molekuler dan analisis klaster transmisi. Ini dibingkai sebagai topik referensi laboratorium dan analitis daripada sebagai saran manajemen klinis.

Core questions

• Genotipe atau subtipe manakah yang diwakili oleh sekuens virus ini?
• Bagaimana sekuens virus yang diambil sampelnya saling terkait, dan apa implikasi pohon yang disimpulkan mengenai transmisi?
• Bagaimana mutasi dan seleksi membentuk keragaman virus seiring waktu?
• Kedalaman pengurutan dan metode analitis manakah yang sesuai untuk pertanyaan tersebut?

Key concepts

• Genotipe, subtipe, dan klade virus
• Penjajaran sekuens (sequence alignment)
• Inferensi pohon filogenetika
• Epidemiologi molekuler dan klaster transmisi
• Filodinamika
• Pengurutan Sanger versus pengurutan generasi berikutnya (dalam)
• Varian minoritas dan kuasispesies

Mechanisms

Genotyping dimulai dengan mengurutkan seluruh atau sebagian genom virus dan membandingkannya dengan sekuens referensi untuk menetapkan kelompok genetik. Sekuens yang disejajarkan kemudian digunakan untuk menyimpulkan pohon filogenetika dengan metode berbasis jarak, kemungkinan maksimum (maximum-likelihood), atau Bayesian, yang diimplementasikan dalam perangkat lunak seperti MEGA (Kumar et al., 2018). Karena virus yang berevolusi cepat mengakumulasi perubahan yang terukur dalam periode singkat, pohon dapat digabungkan dengan tanggal pengambilan sampel untuk mempelajari bagaimana epidemi tumbuh dan menyebar — bidang filodinamika (Pybus & Rambaut, 2009). Alat klaster transmisi mengelompokkan sekuens yang berkerabat dekat untuk mengidentifikasi kemungkinan infeksi yang terkait dalam kumpulan data besar (Kosakovsky Pond et al., 2018). Kedalaman pengurutan (sequencing depth) penting: pengurutan ultra-dalam dapat mengungkapkan varian minoritas yang tidak terdeteksi oleh pengurutan Sanger, meskipun kedua pendekatan tersebut secara umum sesuai untuk populasi dominan (Trabaud et al., 2017).

Clinical relevance

Genotyping dan filogenetika virus menjelaskan bagaimana laboratorium mengklasifikasikan virus dan merekonstruksi transmisi, memberikan informasi untuk surveilans, investigasi wabah, dan pemantauan resistensi tingkat populasi. Topik ini menjelaskan bagaimana bukti semacam itu dihasilkan dan bukan merupakan dasar untuk keputusan diagnostik atau pengobatan individu.

Epidemiology

Analisis filogenetika dan filodinamika adalah metode inti epidemiologi molekuler virus, yang digunakan untuk melacak asal geografis dan penyebaran epidemi serta untuk membatasi klaster transmisi dalam populasi (Pybus & Rambaut, 2009; Kosakovsky Pond et al., 2018).

Evidence & guidelines

Praktik analitis dalam topik ini didasarkan pada metode dan perangkat lunak yang telah ditetapkan untuk inferensi filogenetika (Kumar et al., 2018) dan analisis transmisi (Kosakovsky Pond etal., 2018). Studi komparatif menginformasikan pilihan antara teknologi pengurutan (Trabaud et al., 2017). Standar pelaporan untuk uji genotyping klinis ditetapkan oleh badan profesional dan regulasi dan tidak direproduksi di sini.

History

Filogenetika virus berkembang seiring dengan terjangkaunya pengurutan dan pengembangan model statistik untuk menyimpulkan pohon dari data molekuler serta pengemasannya ke dalam perangkat lunak yang mudah diakses (Kumar et al., 2018). Pengakuan bahwa virus yang berevolusi secara terukur memungkinkan inferensi bersama dinamika evolusi dan epidemiologi memunculkan filodinamika (Pybus & Rambaut, 2009), dan pengurutan berkapasitas tinggi (high-throughput sequencing) kemudian memungkinkan analisis klaster transmisi berskala besar (Kosakovsky Pond et al., 2018).

Debates

Bagaimana kedalaman pengurutan harus dipilih untuk genotyping?

Pengurutan dalam dapat mendeteksi varian minoritas yang relevan secara klinis dan epidemiologis yang tidak terdeteksi oleh pengurutan Sanger, tetapi menambah biaya dan kompleksitas bioinformatika; perbandingan menunjukkan kesesuaian yang luas untuk varian dominan, sehingga kedalaman optimal bergantung pada konteks.

Seminal works

• pybus-2009
• kumar-2018
• kosakovsky-pond-2018

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara genotyping dan filogenetika?

Genotyping menempatkan satu virus ke dalam kategori genetik yang telah ditentukan, sedangkan filogenetika merekonstruksi hubungan evolusi di antara banyak sekuens virus, yang pada gilirannya dapat menginformasikan penentuan genotipe dan analisis transmisi.

Mengapa metode filogenetika begitu penting khusus untuk virus?

Banyak virus berevolusi cukup cepat untuk mengakumulasi perubahan genetik yang terukur selama wabah, sehingga sekuensnya membawa informasi tentang bagaimana dan kapan mereka menyebar, yang kurang mudah diungkap oleh organisme yang berevolusi lebih lambat.