Rekonstruktion der Genealogie von rekombinanten Viren mittels phylogenetischer Netzwerke

• Antragsteller: Dr. Ingo Bulla
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237440467

Die Zielsetzung des Projekts besteht in der Entwicklung eines Algorithmus zur Rekonstruktion der Genealogie von stark rekombinierenden Viren (oder anderen Spezies), insbesondere dem humanen Immundefizienz-Virus 1 (HIV-1). Dies wird mittels eines Markov Chain Monte Carlo (MCMC) Algorithmus realisiert, der für Sequenzen einer Spezies Ancestral Recombination Graphs (ARGs), d.h. phylogenetische Netzwerke, proportional zu ihrer Likelihood generiert. Bei HIV kann eine hohe Anzahl von Crossovers während eines Rekombinationsereignisses auftreten. Daher wird während der Ausführung des MCMC Algorithmus die Auswahl der durchzuführenden Veränderungen, die Rekombinationsereignisse betreffen, nach ihrer Plausibilität in Hinblick auf die Eingabesequenzen getroffen. Dies wird mittels Hidden Markov Modellen (HMMs) realisiert.Von dem entwickelten Algorithmus wird dann für folgende Anwendungen Gebrauch gemacht:- Schätzung der Wahrscheinlichkeit von taxonomischen Eigenschaften,- Systematisches Ableiten eines Klassifikationssystems für rekombinante Spezies,- Klassifikation einer neu generierten Sequenz bezüglich eines gegebenen Klassifikationssystems, - Schätzung von evolutionären Parametern (z.B. Mutationsrate, Rekombinationsrate, Wachstumsrate) einer rekombinanten Spezies. Diese Anwendungen spielen eine zentrale Rolle beim Studium von rekombinanten Viren (insbesondere HIV-1) in Bezug auf - geographische Epidemiologie, - der Rekonstruktion ihres evolutionären Ursprungs, - der Interaktion zwischen evolutionären Prozessen auf der einen Seite und dem Immunsystem und Medikamentenresistenzen auf der anderen Seite,- der Entwicklung effizienter Kontrollstrategien. Als Anwendungsspezies sind HIV-1, Hepatitis B Virus (HBV), humanes Enterovirus (HEV), White Spot Syndrome Virus (WSSV), Influenzavirus und Escherichia coli (E. Coli) vorgesehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Thomas Leitner, Ph.D.