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dc.rights.licenceAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia*
dc.contributor.advisorAndrade Pérez, Luis Eugenio
dc.contributor.advisorRuiz García, Manuel
dc.contributor.authorSaldaña Fernández, Cesar Tulio
dc.date.accessioned2021-04-28T15:58:40Z
dc.date.available2021-04-28T15:58:40Z
dc.date.created2005-03-01
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10554/53739
dc.description.abstractEn nuestro planeta no existen formas de vida mas aventajadas y mejor diseñadas para adaptarse y evolucionar rápidamente como las poblaciones de virus RNA, nínguna población esta mejor preparada para adaptarse a un sinnúmero de presiones selectivas; su gran abundancia y diversidad, altas tasas de mutación, altas frecuencias de mutación y recombinación, asi como sus altas frecuencias de rearreglos en el caso de genomas segmentados como los Rotavirus que son capaces de llevar segmentos de diferentes linajes parentales a las siguientes generaciones, esto les permite saltar fácilmente entre diferentes tejidos en el huésped o entre diferentes especies-hospedero. Los virus RNA tienen una sorprendentemente alta eficiencia reproductiva manifestada en tiempos cortos de replicación, grandes tamaños poblacionales, y transmisión altamente efectiva. Finalmente su caracteristica mas avanzada, el control de la coevolución biosfera-virosfera través de la dispersion y colonización entre todos los ecosistemas genéticos. Son demasiadas ventajas adaptativas las que facilitan el enfrentamiento de un sin fin de cambios en entorno para evadir presiones selectivas que afectan la eficacia biológica de las poblaciones de virus RNA, tales como la respuesta inmune, anticuerpos, antivirales y eventuales cambios de hospedero. Los virus RNA son capaces de resistir la extinción a través de cambios de tropismo celular para adaptarse dentro del huésped o saltar entre especies hospedero para diversificarse. Se seleccionó el Rotavirus SA11 para simular evolución porque se conocen nucleótidos y péptidos implicados en la eficacia biológica replicativa, este es capas de llevar segmentos de diferentes linajes parentales a las siguientes generaciones, facilita el estudio de la recombinación, es comunmente utilizado como modelo en estudios del ciclo celular y su genoma está completamente secuenciado. Problema Los Rotavirus son causantes de gastroenteritis en aves y mamíferos y cerca de 500000 muertes de niños alrededor del mundo. Los Rotavirus de dsRNA, 11 segmentos, y no envueltos, son una población altamente diversa en continuo cambio antigénico y genético. Algunas proteínas estructurales son altamente variables , VP7 (tipo G) y VP4 (tipo P) causantes de cambios adaptativos en las propiedades antigénicas de los tipos G y P y tal vez sean la diana de futuras vacunas. Por su parte algunas proteínas no estructurales tales como VP1 y VP2 son altamente conservadas, razón por la cual aqui se propone VP1 (RNA polimerasa) y VP2 (core) como las principales implicadas en el cambio evolutivo. Poco es sabido acerca de los mecanismos por los cuales los tipos salvajes de Rotavirus pueden evolucionar influenciados por la recombinación. Aquí se programó y testeo un algoritmo en PERL para simular evolución de virus por mutaciones puntuales y recombinación con criterios de selección implicados en la replicación. DOTHEVOLUTIONVIRUS es una herramienta para simular evolución de virus en una epidemia tisular célula a célula. Poco es sabido acerca de los efectos de la recombinación y de algoritmos evolutivos que puedan ser capaces de representar la dinámica de la evolución de virus y predecir la diversificación de variantes en una epidemia tisular. Espero encontrar diferencias significativas entre los efectos de la mutación puntual y la mutación puntual y recombinación simultánea con el fin de evaluar DOTHEVOLUTIONVIRUS Métodos El lenguaje PERL (Practical Extracting and Reporting Languages) fue la mejor opción para extraer información, reportar y trabajar con archivos grandes y en formato .fasta compatible con el Gene Data Bank. DOTHEVOLUTIONVIRUS fue escrito en PERL; se crearon diferentes módulos: initiate population para establecer el tamaño de la población por generación (cuello de botella), mutate.pl para copiar con error a una tasa de mutación definida, find.pl para encontrar nucleótidos o péptidos implicados en la replicación, reproduce.pl para establecer la multiplicidad de infeccion (m.o.i), el número de partículas que originan la nueva población por generación, compare.pl para comparar el porcentaje de similitud respecto a la secuencia original, evaluate.pl para evaluar la presencia de las secuencias implicadas en la repliciación, consensus.pl para determinar la secuencia promedio de cada población y recombinación.pl para realizar una recombinación aleatoria homóloga o heteróloga de VP1 y VP2. La población resultante de la corrida de DOTHEVOLUTIONVIRUS por generacion esta sometida al efecto de la deriva genética y a sucesivos cuellos de botella genéticos célula a célula. Se pretende evidenciar diferencias significativas entre el efecto de las mutaciones puntuales y las mutaciones puntuales y recombinación simultánea en la eficacia biologica relativa por generación basado en la dinámica de cuasiespecies y principios de biologia evolutiva y evidenciados en el paisaje adaptativo de un pico. Se calculó la eficacia biológica relativa según Chao 1990 y Holland 1991 y se representó en un paisaje adaptativo de un pico. Los criterios de selección fueron 95% de homologia respecto a la secuencia original y la presencia de nucleótidos y peptidos altamente conservados implicados en la replicacion del virus, para VP1 ugugacc y GDD y para VP2 YGYGYYGYG. Resultados y Discusión DOTHEVOLUTIONVIRUS simula la evolución de virus RNA bajo presiones selectivas de replicación, recibe como parametros de entrada, tasa de mutación, tamaño de la población, número de generaciones (cuellos de botella) y multiplicidad de infección (m.o.i). La herramienta procesa los parametros de entrada y después de correrla DOTHEVOLUTIONVIRUS extrae y reporta los datos de salida: tasa de mutación acumulada por generación, porcentaje de diferencias respecto a la secuencia consenso, porcentaje de diferencias respecto al tipo salvaje o secuencia original. DOTHEVOLUTIONVIRUS almacena la información por generación y puede representar la historia evolutiva de la eficacia biológica relativa de poblaciones de virus sometidos al mismo criterio de seleccion en un paisaje adaptativo de un pico. DOTHEVOLUTIONVIRUS muestra la evolución de poblaciones de virus bajo presiones de selección de replicación evidenciando diferencias significativas entre las poblaciones sometidas a mutación puntual y a mutación puntual y recombinacion simultánea que fueron seleccionadas por la presencia de núcleotidos y péptidos altamente conservados en VP1 y VP2 implicados en la replicación de Rotavirus SA11. DOTHEVOLUTIONVIRUS sugieren que i. la perdida de eficacia biológica es causada por el efecto del trinquete de Muller, es decir la acumulación de mutaciones puntuales deletéreas bajo sucesivos cuellos de botella, ii. la corrección de los errores de copia, es probablemente causada por la recombinación homóloga denso-dependiente (m.o.i dependiente), iii. se observan eventos exporádicos de extinción y iv. la tendencia de la eficacia biológica a oscilar y/o disminuir con el transcurso de los cuellos de botella aproximandose a 1. v. en algunos paisajes adaptativos se observan periodos de estabilidad y cambios abruptos típicos de la teoría de los equilibrios puntuados. Conclusión Si una población pequeña de virus (1 a 200 m.o.i) es seleccionada de su población original y se encuentra adaptada a alguna presión selectiva por efecto del azar, esta pequeña población determinará la genética de poblaciones de las siguientes generaciones (efecto fundador). La gran reducción del tamaño de la población causado por el cuello de botella genético, bajo efecto de la selección disminuye la variabilidad genética de la población original y crea nuevas variantes y taxas virales por el efecto Wrigtht o deriva genética, mutación y recombinación, dicha reducción cambia aleatoriamente la frecuencia de los genes en el tiempo. DOTHEVOLUTIONVIRUS es una herramienta fiable para simular los cambios en la dinámica adaptativa y diversidad de una población de virus (Rotavirus SA11) sometida a sucesivos cuellos de botella bajo los mismos criterios de selección en el transcurso de una epidemia celular; DOTHEVOLUTIONVIRUS facilitaría estudios filodinámicos que nos permitan entender los cambios genéticos y antigénicos que ocurren durante la diseminación del virus en una epidemia celular tales como cambios de tropismos celulares, orígenes de variantes y emergencias y reeemergencias de nuevos taxas.spa
dc.formatPDFspa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.language.isospaspa
dc.publisherPontificia Universidad Javerianaspa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/*
dc.subjectVirus RNAspa
dc.subjectCuasiespeciesspa
dc.subjectDerivaspa
dc.subjectCuellos de botellaspa
dc.subjectEfecto fundadorspa
dc.subjectEquilibrio puntuadospa
dc.titleSimulación computacional de la evolución de una población de rotavirus SA11 sometida a mutaciones puntuales y recombinación bajo sucesivos cuellos de botella genéticosspa
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa
dc.title.englishEvolution by computer simulation of a Rotavirus SA11 population subject to punctuated mutation and recombination under successives genetic bottlenecksspa
dc.subject.keywordRNA virusspa
dc.subject.keywordQuasispeciesspa
dc.subject.keywordDriftspa
dc.subject.keywordBottlenecksspa
dc.subject.keywordM.O.Ispa
dc.subject.keywordFounder effectspa
dc.subject.keywordPunctuated equilibriumspa
dc.description.abstractenglishOn our planet do not exist life forms more advantageous and better designed to adapt and evolve rapidly such as RNA virus, nobody life better prepared to adapt countless selectives pressures, their great abundance and diversity, high mutations rates and high mutation/recombination frequencies, as well as their high frequencies of rearrangements in the case of genomes segments such as Influenza or Rotavirus that are able to carry segments from different parent linages and allow them jump between tissues and inter host-species. The RNA viruses have an amazingly high reproductive efficiency manifest in short replication times, greats population sizes, transmission effective and finally the feature more advanced, the coevolution control of biosphere-virosphere throught the dispersion and colonization between all genetic ecosystems. So many advantages facilitate confront enviromental changes to evade endless selectives pressures that affect virus fitness: immune response, antibodies, and antivirals. RNA viruses are able to resist extinction changing cell tropism into the host to adapt or jumping between host-species to diversify. Here I selected Rotavirus SA11 to simulate virus evolution process because nucleotids and peptides implicates in replicative fitness are knowed, can be able to carry segments from different parents linages at the next generations, make easier the recombination studies, is commonly used as model in cell cycle studies and all genome be sequenced. Problem Rotavirus cause of gastroenteritis in birds and mammals and each year near of 500000 deaths of infants around the world. The non enveloped dsRNA Rotaviruses with 11 segments, are highly diverse populations with continous antigenic and genetic changes. Some structural proteins are highly variables, VP7(G type) and VP4 (P type), cause of adaptative changes in antigenic properties of G and P types and, may be the target of future vaccines. Some non structural proteins such as VP1 and VP2 are highly conserved, here I propose VP1 (RNA polimerase) and VP2 (core) as the main implicates in evolutive changes. Little is know about the mechanism by which wild type Rotavirus strains can evolve influenced by recombination. Here I programming and test an algorithm in PERL to simulate virus evolution by mutation and recombination with replication selection criteria. DOTHEVOLUTIONVIRUS is a tool to simulate virus evolution in a tissular outbreak cell to cell. Little is know about effects of genetic recombination and evolutive algorithms that can be able to represent the dynamics of virus evolution and predict the diversification of variants in an tissular outbreak; i hope found significant differences between the effect of punctuated mutation and simultaneous puntuated mutation and recombination to test DOTHEVOLUTIONVIRUS. Methods The PERL(Practical Extracting and Reporting Language) programming language was the better option to extract information, report, and work with big data files in fasta format compatible with the Gene Data Bank. DOTHEVOLUTION was wrote in PERL; different modules was building: initiate population.pl to stablish the population size of new generation, mutate.pl to copy with errors at determinate mutation rate, find.pl to found the nucleotides or peptides highly conserved determinants of replication, reproduce.pl to establish the multiplicity of infection, m.o.i, between 1-200 to originate the new population, compare.pl to compare the percent of homology respect to original sequence, evaluate.pl to evaluate the presence of sequences implicated in replication, consensus.pl to determinate the average sequence of population; recombination.pl to make a random recombination homologous or heterologous. The resulting population was subjet to genetic drift and successive genetic bottlenecks by generation cell to cell. Here I pretend show the effect of punctuated mutation and simultaneous punctuated mutation recombination in the relative fitness based in the dynamics of quasispecies theorie and some principles of evolution biology showed in the fitness landscapes of one peak. I calculated the relative fitness per generation (Chao 1990, Holland et al 1991) represented in a fitness landscapes of one peak to show the action of some principles of evolution biology;the selection criteria was 95% homology respect to original sequences, and the presence of nucleotides and peptides in VP1: ugugacc and GDD higly conserved and in VP2 YGYGYYGYG. Results and Discussion DOTHEVOLUTIONVIRUS simulate RNA virus evolution, receive as parameters data entry, mutation rate, population size, number of generations, and multiplicity of infection (m.o.i). The computational tool processing entry parameters and after running DOTHEVOLUTIONVIRUS extracted data outputs and report: mutation rate accumulated per generation, percent of difference respect to consensus sequence, and percent of mutants respect to original sequence or wild type. DOTHEVOLUTIONVIRUS storage information per generation and can represent the evolutive history of relative fitness with the same replication selection criteria, the adaptative walking in a fitness landscape of one peak. DOTHEVOLUTIONVIRUS show that exist significant differences (T student (44gL, a<0.05) between the sequence subject to punctuates mutations and punctuated mutations and recombination simultaneous, selected by the presence of nucleotides and peptides implicated in the virus replication. DOTHEVOLUTIONVIRUS suggest that i. the fitness loss is caused by Muller reatchet effect, the accumulation of deleterious punctuated mutations under genetic bottlenecks, ii. the correction of copy errors cause for homologous recombination effect dense-dependent (m.o.i dependent), iii. show sporadic extinction events, iv. the fitness (W) tendency to oscillate and decrease with the successives genetic bottlenecks per generations, approaching and stabilizing close to W=1 and v. some fitness landscapes show periods of stability and changes typics of punctuated equilibrium theory. Conclusion If a little virus population (1-200 m.o.i) is selected of their original population and be adapt at some selective pressure for random effect, these little population should establish the population genetics of the next generation (founder effect). The great decrease of population size cause for genetic bottlenecks under selection effect reduce the genetic variability and create new variants and viral taxas cause for Wright effect (genetic drift) mutation and recombination, this decrease change randomly the genes frecuency over time. DOTHEVOLUTIONVIRUS could be a reliable tool to simulate the times of changes and diversification of virus population in an cellular outbreak under the same replication selection pressures. DOTHEVOLUTIONVIRUS should facilitate phylodynamics studies that allow us understand the antigenic and genetic changes occurring during spreading viruses in an cellular outbreak such as changes in cellular tropism, origins of new variants and emerging and reemerging viral taxas.spa
dc.rights.accessrightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2spa
dc.publisher.programBiologíaspa
dc.publisher.facultyFacultad de Cienciasspa
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradospa
dc.subject.armarcBiología - Tesis y disertaciones académicasspa
dc.subject.armarcRotavirus - Patogenecidadspa
dc.subject.armarcRotavirus - Prevención y controlspa
dc.description.degreenameBiólogo (a)spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.identifier.instnameinstname:Pontificia Universidad Javerianaspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional - Pontificia Universidad Javerianaspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.javeriana.edu.cospa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fspa
dc.rights.localDe acuerdo con la naturaleza del uso concedido, la presente licencia parcial se otorga a título gratuito por el máximo tiempo legal colombiano, con el propósito de que en dicho lapso mi (nuestra) obra sea explotada en las condiciones aquí estipuladas y para los fines indicados, respetando siempre la titularidad de los derechos patrimoniales y morales correspondientes, de acuerdo con los usos honrados, de manera proporcional y justificada a la finalidad perseguida, sin ánimo de lucro ni de comercialización. De manera complementaria, garantizo (garantizamos) en mi (nuestra) calidad de estudiante (s) y por ende autor (es) exclusivo (s), que la Tesis o Trabajo de Grado en cuestión, es producto de mi (nuestra) plena autoría, de mi (nuestro) esfuerzo personal intelectual, como consecuencia de mi (nuestra) creación original particular y, por tanto, soy (somos) el (los) único (s) titular (es) de la misma. Además, aseguro (aseguramos) que no contiene citas, ni transcripciones de otras obras protegidas, por fuera de los límites autorizados por la ley, según los usos honrados, y en proporción a los fines previstos; ni tampoco contempla declaraciones difamatorias contra terceros; respetando el derecho a la imagen, intimidad, buen nombre y demás derechos constitucionales. Adicionalmente, manifiesto (manifestamos) que no se incluyeron expresiones contrarias al orden público ni a las buenas costumbres. En consecuencia, la responsabilidad directa en la elaboración, presentación, investigación y, en general, contenidos de la Tesis o Trabajo de Grado es de mí (nuestro) competencia exclusiva, eximiendo de toda responsabilidad a la Pontifica Universidad Javeriana por tales aspectos. Sin perjuicio de los usos y atribuciones otorgadas en virtud de este documento, continuaré (continuaremos) conservando los correspondientes derechos patrimoniales sin modificación o restricción alguna, puesto que, de acuerdo con la legislación colombiana aplicable, el presente es un acuerdo jurídico que en ningún caso conlleva la enajenación de los derechos patrimoniales derivados del régimen del Derecho de Autor. De conformidad con lo establecido en el artículo 30 de la Ley 23 de 1982 y el artículo 11 de la Decisión Andina 351 de 1993, "Los derechos morales sobre el trabajo son propiedad de los autores", los cuales son irrenunciables, imprescriptibles, inembargables e inalienables. En consecuencia, la Pontificia Universidad Javeriana está en la obligación de RESPETARLOS Y HACERLOS RESPETAR, para lo cual tomará las medidas correspondientes para garantizar su observancia.spa


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