Una nueva herramienta de análisis sofisticada desarrollada por científicos de la Universidad Estatal de Florida puede indicar una nueva era en el estudio de la genética de poblaciones.
Su modelo, que incorpora estrategias matemáticas avanzadas, podría ayudar a revolucionar la forma en que los investigadores investigan la propagación y distribución de vectores de enfermedades peligrosas y de rápida evolución.
La investigación innovadora fue una colaboración interdisciplinaria entre el matemático posdoctoral Somayeh Mashayekhi y el biólogo computacional Peter Beerli, ambos en el Departamento de Computación Científica de la FSU. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"La nuestra es la primera aplicación de cálculo fraccional a la genética de poblaciones", dijo Beerli. "Esto nos ayudará a dar mejores estimaciones de cantidades que pueden ser importantes para combatir los patógenos".
El modelo del equipo, llamado f-coalescente por su uso novedoso de cálculo fraccional, sigue el linaje de un modelo similar pero más limitado llamado n-coalescent. Propuesto por el matemático británico John Kingman en 1982, el n-coalescentpermitió a los científicos hacer declaraciones estadísticas sobre el pasado de una población utilizando datos recopilados en el presente.
"El n-coalescente introdujo una visión retrospectiva de las relaciones entre los individuos", dijo Beerli.
Permitió a los investigadores usar muestras genómicas de una población para hacer afirmaciones probabilísticas sobre los orígenes de diferentes variantes genéticas dentro de esa población. Esto les dio a los científicos una visión rigurosa sin precedentes de los escenarios e interacciones que ayudaron a dar forma a la variabilidad en una especie a lo largo del tiempo.
Pero a pesar de todas sus ventajas teóricas innovadoras, la n-coalescente tenía un obstáculo importante: el modelo funcionaba bajo el supuesto de que las poblaciones son homogéneas. Es decir, asumía que cada individuo compartía experiencias idénticas, con las mismas adversidades que amenazan su supervivencia ylos mismos beneficios que les dan una ventaja competitiva.
Aquí es donde el nuevo equipo f-coalescente del FSU avanza sobre su predecesor. Su modelo permite una mayor heterogeneidad ambiental, específicamente en la ubicación y los intervalos de tiempo. Estas asignaciones ayudan a producir imágenes más claras de cuándo surgen diferentes variaciones genéticas: información que es críticaen el análisis de patógenos que evolucionan rápidamente en respuesta a diferentes entornos.
En su estudio, Beerli y Mashayekhi aplicaron el f-coalescente a tres conjuntos de datos reales: datos de secuencia de mitocondrias de ballenas jorobadas, datos mitocondriales de un parásito de la malaria y los datos completos del genoma de una cepa del virus de la gripe H1N1.
Descubrieron que si bien la heterogeneidad ambiental parecía tener poco efecto en el conjunto de datos de ballenas jorobadas, los datos de influenza y malaria sugirieron que se debería considerar la heterogeneidad al evaluar los patógenos que evolucionan rápidamente debido a las presiones de selección cambiantes.
"La heterogeneidad tiene efectos sobre el tiempo en la genealogía", dijo Mashayekhi. "El coalescente f dará como resultado mejores estimaciones de este tiempo, lo que conducirá a cambios importantes en el análisis de los patógenos".
Si bien el f-coalescente ofrece un nuevo método prometedor para mejorar nuestra comprensión del desarrollo variable y dinámico de estos patógenos, los investigadores dijeron que el modelo debe ampliarse aún más para tener en cuenta los muchos factores que pueden influir en las poblaciones cambiantes.
"Necesitamos expandir nuestra teoría más allá de una sola población e incluir la inmigración en el modelo", dijo Beerli. "Solo entonces podremos atacar problemas como los cambios en la distribución de la influenza u otros patógenos de rápida evolución".
La investigación fue financiada por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Florida . Original escrito por Zachary Boehm. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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