Rychlost evoluce koronavirů

Bc. Dagmar Mimrová

Bachelor's thesis

Evolutionary rate in coronaviruses

Abstract:

Koronaviry jsou jednovláknové RNA viry, které jsou rozšířené převážně mezi savci. Způsobují respirační nebo střevní infekce s možným úmrtím jedince. Ve své práci jsem vypočítala substituční rychlost pro MERS-CoV, PEDV a IBV pomocí Bayesiánské koalescenční analýzy s využitím MCMC a tyto výsledky jsem ověřila pomocí regresního modelu. V práci jsem vypočítala substituční rychlost u MERS-CoV v intervalu (4; 9) ⋅ 10^(−4) substitucí/pozici/rok, což se shoduje s vypočítanými rychlostmi v jiných pracích. U PEDV jsem vypočítala substituční rychlost v intervalu (0,3; 0,6) ⋅ 10^(−4) substitucí/pozici/rok pomocí Bayesiánské analýzy a v intervalu (12; 20) ⋅ 10^(−4) substitucí/pozici/rok regresí. Substituční rychlost PEDV z regrese se shoduje s vypočítanými rychlostmi v jiných pracích. Substituční rychlost IBV jsem vypočítala pouze pomocí regrese v intervalu (15; 30) ⋅ 10^(−4) substitucí/pozici/rok, což je ve shodě s vypočítanými rychlostmi IBV v jiných pracích. Při porovnání substitučních rychlostí mezi různými RNA viry se vyskytují řádové rozdíly v rychlosti. Vyšší substituční rychlost můžeme vypočítat během epidemií, kde dochází ke zvětšení populace daného viru. Díky čemuž jsme schopni pozorovat více mutací, které se nahromadí během určitého období. A tudíž jsme schopni pozorovat rozdíly v substituční rychlost v období epidemie a mimo epidemii.

Abstract:

Coronaviruses are single-stranded RNA viruses that infect predominantly mammals. They cause respiratory or intestinal infections with possible death. In my work, I calculated evolutionary rates for MERS-CoV, PEDV and IBV using Bayesian coalescence analysis with MCMC, and I verified these results using a regression model. In this work, I calculated the evolutionary rate of MERS-CoV in the interval (4; 9) ⋅ 10^(−4) substitutions/position/year, which is in agreement with the calculated rates in other works. For PEDV, I calculated evolutionary rate in the interval (0,3; 0,6) ⋅ 10^(−4) substitutions/position/year by the Bayesian coalescence and in the interval (12; 20) ⋅ 10^(−4) substitutions/position/year by regression. Evolutionary rate for PEDV from the regression model corresponds to the calculated rates in other works. I calculated evolutionary rate of IBV only by regression in the interval (15; 30) ⋅ 10^(−4) substitutions/position/year, which is in agreement with calculated rates of IBV in other works. When comparing the evolutionary rate between different RNA viruses, there are orders of magnitude differences in rate. The higher evolutionary rate can be calculated during epidemics, where the population of a given virus increases. This allows us to observe more mutations that accumulate over a period of time. Thus, we are able to observe differences in the evolutionary rate during and outside the epidemic.

Keywords

Bayesiánská koalescenční analýza, čeleď koronaviry, alignment, rychlost evoluce, MCMC, lineární regresní model, molekulární hodiny, Bayesian coalescent analysis, coronavirus family, evolutionary rate, linear regression model, molecular clock

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 29. 6. 2022
• Supervisor: doc. Mgr. Natália Martínková, Ph.D.
• Reader: Mgr. Jiří Moravec, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Computational biology and biomedicine / Biomedical bioinformatics