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¿Cómo interpretar los árboles filogenéticos?

Author: Emma Hodcroft, Nicola Müller, James Hadfield, Sidney M. Bell, Richard Neher, Trevor Bedford ¹

_{¹ Fred Hutch, Seattle, USA; Biozentrum, Basel, Switzerland; CZI, CA, USA}

Translators: Roy Costilla, Miguel I. Paredes, Julián Villabona-Arenas

Esta narrativa explica como leer e interpretar arboles filogenéticos que informan la epidemiología genómica. Este sitio web está optimizado para su visualización en navegadores web de escritorio.

Created: 2020 March 13

Tabla de contenido

• ¿Cómo se relacionan las redes de transmisión con los árboles filogenéticos?
• ¿Cómo puedo leer un árbol?
• ¿Cómo se relaciona el panel de "diversidad" con el árbol?
• Diferencias en función de la divergencia genética.
• Diferencias en función del tiempo.
• Estimando le fecha del inicio de un brote?
• ¿Cómo debo interpretar los rasgos (colores) en el árbol?
• ¿Cómo se relaciona el mapa con el árbol?
• Lectura avanzada: incertidumbre estadística en los árboles.
• Sobre el conjunto de datos.

¿Cómo se relacionan las redes de transmisión con los árboles filogenéticos?

Los patógenos se propagan a través de la replicación rápida en un huésped infectado seguido de la transmisión a otro huésped. Una epidemia solo puede comenzar cuando una infección da como resultado más de una infección adicional. A medida que el patógeno se replica y se propaga, su genoma necesita ser replicado muchas veces y esto lleva a la acumulación de mutaciones aleatorias (errores de copia) en el genoma; esto es normal. Estas mutaciones aleatorias pueden ayudar a rastrear la propagación del patógeno y nos pueden permitir aprender sobre sus rutas y dinámicas de transmisión.

¿Cómo puedo leer un árbol?

El eje horizontal "x" de un árbol representa el grado de diferencia y a estas líneas las llamamos de "ramas" (en unidades de tiempo o alguna medida de divergencia genética -- discutiremos esto a continuación). El eje vertical "y" solo ayuda a expandir la visualización de las cosas para que podamos ver todo; Este eje no tiene ninguna unidad de medida. Las puntas de las ramas del árbol representan las muestras y también se denominan de nodos externos (es decir, los nodos azules que visualizamos en la diapositiva anterior). Los nodos internos representan casos que no fueron muestreados, pero que creemos que fueron la fuente de todos los casos descendientes de ellos (es decir, los nodos rojos que visualizamos en la diapositiva anterior). Estas relaciones se infieren analizando el patrón de mutaciones observado en los casos muestreados.

¿Cómo se relaciona el panel de "diversidad" con el árbol?

Echemos un vistazo a las primeras 169 cepas del SARS-CoV-2 (el virus que causa COVID-19) que se han compartido públicamente. Al igual que en la última página, creamos un alineamiento de estas secuencias virales (puede ver cómo se realizaron todos los análisis mencionados aquí en GitHub). Aquí estamos mostrando el árbol filogenético en la parte superior de un gráfico de barras que muestra la variación (es decir, mutaciones) en el genoma. Sin estas mutaciones no podríamos construir el árbol, por lo que los dos están íntimamente conectados. En este panel de "diversidad", el eje horizontal representa cada locus (sitio/lugar) del genoma viral. Existen aproximadamente treinta mil locus en el genoma del SARS-CoV-2!. El eje vertical indica cuánta variabilidad hay en cada locus. Hemos coloreado el árbol de acuerdo con una de estas mutaciones, en este caso el codón 314 en el gen "ORF1b". No hay una razón a priori para pensar que esta mutación es una mutación funcional (es decir, que confiere algún cambio biológico). Son precisamente mutaciones como esta las que usamos para definir las relaciones entre secuencias y construir el árbol.

Diferencias en función de la divergencia genética

Esta es una filogenia de las primeras 169 cepas del SARS-CoV-2 (el virus que causa COVID-19) que se han compartido públicamente. Aquí el eje horizontal indica la divergencia, es decir, el número de cambios (mutaciones) en el genoma, en relación con la raíz del árbol (es decir, lo que observamos al inicio del brote). Algunas secuencias pueden tener cero mutaciones, lo que significa que todas son idénticas a la raíz del árbol. Otros virus tienen entre una y once mutaciones. Por el momento, esta filogenia no se parece mucho a un "árbol". Muchas de las secuencias son idénticas: aparecen juntas a lo largo de líneas verticales como A y B (algunas están en la parte más a la izquierda del árbol). Otros tienen mutaciones únicas o compartidas y, por lo tanto, aparecen como líneas, o "ramas", yendo hacia la derecha. Puede ver cuántas mutaciones tiene una rama del árbol puedes pasar el puntero sobre ella.