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Title: Filodinâmica de Elementos Transponíveis e seu uso no controle genético de vetores de doenças infecciosas
Advisor: Struchiner, Claudio José
Authors: Figueiredo, Felipe Soares
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract: As doenças transmitidas por mosquitos têm grande custo de vidas e socio-econômico, especialmente em países tropicais em desenvolvimento, e por isso é uma prioridade para a Organização Mundial da Saúde. Novas propostas para o controle destas doenças incluem a modificação genética dos vetores e para isso, além da identificação e inserção de genes de resistência ao patógeno no mosquito, é necessária a obtenção de métodos e cientes para difundir e fixar tais transgenes nas populações naturais. O uso de elementos transponíveis (TEs) tem sido proposto como mecanismo de propagação devido a suas características egoístas e capacidade de invasão em populações inteiras. Nesta tese examinamos modelos matemáticos sob a ótica de simulações dos fenômenos ecológicos e evolutivos envolvidos nos processos de invasão de uma população selvagem de mosquitos por uma família de TEs que carregue um gene de resistência que confira refratoriedade contra o patógeno de uma doença transmissível Elaboramos as premissas de um estudo recente que adaptou técnicas de filodinâmica usadas com sequências de vírus para sequências de TEs, e como essa analogia pode ser usada para estimar o tempo de invasão de TEs em uma população de mosquitos. Foi desenvolvido um simulador de novo baseado em indivíduos capaz de representar três níveis de organização biológica: a população dos mosquitos, as quantidades e loci dos elementos e as sequências individuais que sofrem mutações ao longo das gerações. Exploramos tanto a influência do custo de fitness dos TEs como a influência de diferentes dinâmicas populacionais nas quantidades totais de elementos por indivíduo e na população, tomando como base uma família de TEs que se expande de acordo com um modelo master gene. Observamos que topologias reconstruídas de uma família com essa característica exibem as estruturas pectinadas previstas na literatura teórica, e em casos simples, o tempo entre eventos de transposi ção pode ser observado graficamente na arvore. Mostramos também o conflito entre a taxa de transposição, a perda de TEs ativos e o impacto individual no fitness do hospedeiro, e como essas grandezas devem ser consideradas em conjunto para futuros estudos. Mostramos que ao fazer a filodinâmica com sequências de TEs, e possível observar a influência da demografia dos hospedeiros na estimativa da população dos TEs.
Abstract: Mosquito-borne diseases present a severe socio-economical burden for tropical developing countries, and thus is a high priority for the World Health Organization. New proposals for the control of these diseases include the genetic modification of the vectors that transmit the pathogen, and to achieve this goal, not only it is required to identify and insert genes that inhibit the pathogen cycle in the mosquito, but also to drive these genes into whole wild populations. The use of transposable elements (TEs) has been suggested as a possible gene drive system due to its selfish behaviour and ability to invade whole populations. In this thesis we revisit mathematical models by the use of computer simulation of ecological and evolutionary processes involved in the invasion of a mosquito population by a family of TEs that carries a resistance gene against the pathogen of a transmitted disease. We elaborated on premises from a recent study that adapted phylodynamics techniques usually employed with virus sequences to TE data, and how this analogy can be used to estimate the time since invasion in a mosquito population A de novo individual-based computer simulation model was developed, capable of representing three levels of biological organization: the mosquito population, the quantities and loci of TEs and the individual DNA sequences that mutate over generations. We explored both the influence of the fitness cost from TEs and the influence of diferent population dynamics in the total quantities of TEs in individuals and in the whole population, considering a master gene model. We observed that phylogenies reconstructed from such a TE family meet theoretical properties predicted in the literature. Our simulations also show the compromise between the transposition rate, the loss of active TEs and the fitness impact in the host and how these variables must be jointly considered in future studies. We show that when phylodynamics is applied to TE sequences, the influence of the host demography can be observed in the estimated TE population.
keywords: Simulação
Elementos de DNA Transponíveis
Evolução Molecular
DeCS: Tecnologia de Impulso Genético
Issue Date: 2012
Citation: FIGUEIREDO, Felipe Soares. Filodinâmica de Elementos Transponíveis e seu uso no controle genético de vetores de doenças infecciosas. 2012. 174 f. Tese (Doutorado em Biologia Computacional e Sistemas)-Fundação Oswaldo Cruz, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, 2012.
Date of defense: 2012
Place of defense: Rio de Janeiro
Department: Instituto Oswaldo Cruz
Defense institution: Fundação Oswaldo Cruz
Program: Programa de Pós-Graduação em Biologia Computacional e Sistemas
Copyright: open access
Appears in Collections:IOC - PGBCS - Teses de Doutorado

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