Cílem této bakalářské práce bylo seznámení se s tvorbou fylogenetických stromů, které
popisují vztahy mezi koronaviry, porovnání a posouzení vhodnosti používaných a
navrhnutých primerů pro detekci nového typu koronaviru SARS-CoV-2.
Dle fylogenetických stromů lze určit evoluční vztah zkoumaných organismů, které
v průběhu evoluce podléhají změnám ve svých sekvencích tzv. mutacím. Tyto změny
určují jejich vývoj.
Teoretická část bakalářské práce byla zaměřena na obecné seznámení se s viry a
následně koronaviry, kam se nově řadí SARS-CoV-2. SARS-CoV-2 představoval a
pořád představuje velkou hrozbu pro celý svět. Dále byla probraná problematika
fylogenetiky a na závěr detekční metoda PCR.
V praktické části byly vytvořeny fylogenetické stromy pomocí počítačového programu
MEGA-X za využití metody Neighbor-Joining, které zkoumaly fylogenetické vztahy
mezi koronaviry zaměřené hlavně na SARS-CoV-2. Nejbližší koronaviry tohoto nového
typu koronaviru SARS-CoV-2 byly dále porovnávány pomocí speciálního softwaru
BLAST, který uváděl procentuální shodu studovaných sekvencí. Během těchto analýz
se zjistilo, že SARS-CoV-2 je nejvíce podobný netopýřímu koronaviru RaTG13.
Primery, které se běžně používají při detekci SARS-CoV-2 nejsou zveřejňovány, proto
byly použity primery z webové aplikace CoVrimer, kde jsou dostupné primery, které
byly použity pro vědecké výzkumy. Ty byly porovnány s návrhem primerů. Návrh byl
proveden v rámci řešení bakalářské práce pomocí speciální aplikace Pirmer-BLAST.
Primery, které byly získány z aplikace CoVrimer, nebyly navrženy pro komplexní
rozlišení všech studovaných variant SARS-CoV-2.
Anotace v angličtině
The aim of this bachelor thesis was to get acquainted with the creation of phylogenetic
trees, which describe the relationships between coronaviruses and compare and assess
the suitability of used and designed primers for the detection of a new type of
coronavirus SARS-CoV-2.
According to phylogenetic trees, it is possible to determine the evolutionary relationship
of the studied organisms, which during evolution are subject to changes in their
sequences, so-called mutations. These changes determine their development.
The theoretical part of the bachelor thesis was focused on general acquaintance with
viruses and subsequently coronaviruses and a new type of coronavirus SARS-CoV-2.
SARS-CoV-2 has posed and continues to pose a major threat to the world. Furthermore,
the issue of phylogenetics and finally the PCR detection method were discussed.
In the practical part, phylogenetic trees were created using the computer program
MEGA-X using the Neighbor-Joining method, which examined the phylogenetic
relationships between coronaviruses focused mainly on SARS-CoV-2. The nearest
coronaviruses of this new type of SARS-CoV-2 coronavirus were further compared
using special BLAST software, which reported the percent agreement of the studied
sequences. During these analyzes, SARS-CoV-2 was found to be most like the bat
coronavirus RaTG13.
Primers that are commonly used to detect SARS-CoV-2 are not disclosed, therefore
primers from the CoVrimer web application have been used, where primers that have
been used for scientific research are available. These were compared with the primers
designed by the author. The design was performed as part of a bachelor's thesis using a
special application Pirmer-BLAST. The primers obtained from the CoVrimer
application were not designed to comprehensively distinguish all SARS-CoV-2 variants
studied.
Cílem této bakalářské práce bylo seznámení se s tvorbou fylogenetických stromů, které
popisují vztahy mezi koronaviry, porovnání a posouzení vhodnosti používaných a
navrhnutých primerů pro detekci nového typu koronaviru SARS-CoV-2.
Dle fylogenetických stromů lze určit evoluční vztah zkoumaných organismů, které
v průběhu evoluce podléhají změnám ve svých sekvencích tzv. mutacím. Tyto změny
určují jejich vývoj.
Teoretická část bakalářské práce byla zaměřena na obecné seznámení se s viry a
následně koronaviry, kam se nově řadí SARS-CoV-2. SARS-CoV-2 představoval a
pořád představuje velkou hrozbu pro celý svět. Dále byla probraná problematika
fylogenetiky a na závěr detekční metoda PCR.
V praktické části byly vytvořeny fylogenetické stromy pomocí počítačového programu
MEGA-X za využití metody Neighbor-Joining, které zkoumaly fylogenetické vztahy
mezi koronaviry zaměřené hlavně na SARS-CoV-2. Nejbližší koronaviry tohoto nového
typu koronaviru SARS-CoV-2 byly dále porovnávány pomocí speciálního softwaru
BLAST, který uváděl procentuální shodu studovaných sekvencí. Během těchto analýz
se zjistilo, že SARS-CoV-2 je nejvíce podobný netopýřímu koronaviru RaTG13.
Primery, které se běžně používají při detekci SARS-CoV-2 nejsou zveřejňovány, proto
byly použity primery z webové aplikace CoVrimer, kde jsou dostupné primery, které
byly použity pro vědecké výzkumy. Ty byly porovnány s návrhem primerů. Návrh byl
proveden v rámci řešení bakalářské práce pomocí speciální aplikace Pirmer-BLAST.
Primery, které byly získány z aplikace CoVrimer, nebyly navrženy pro komplexní
rozlišení všech studovaných variant SARS-CoV-2.
Anotace v angličtině
The aim of this bachelor thesis was to get acquainted with the creation of phylogenetic
trees, which describe the relationships between coronaviruses and compare and assess
the suitability of used and designed primers for the detection of a new type of
coronavirus SARS-CoV-2.
According to phylogenetic trees, it is possible to determine the evolutionary relationship
of the studied organisms, which during evolution are subject to changes in their
sequences, so-called mutations. These changes determine their development.
The theoretical part of the bachelor thesis was focused on general acquaintance with
viruses and subsequently coronaviruses and a new type of coronavirus SARS-CoV-2.
SARS-CoV-2 has posed and continues to pose a major threat to the world. Furthermore,
the issue of phylogenetics and finally the PCR detection method were discussed.
In the practical part, phylogenetic trees were created using the computer program
MEGA-X using the Neighbor-Joining method, which examined the phylogenetic
relationships between coronaviruses focused mainly on SARS-CoV-2. The nearest
coronaviruses of this new type of SARS-CoV-2 coronavirus were further compared
using special BLAST software, which reported the percent agreement of the studied
sequences. During these analyzes, SARS-CoV-2 was found to be most like the bat
coronavirus RaTG13.
Primers that are commonly used to detect SARS-CoV-2 are not disclosed, therefore
primers from the CoVrimer web application have been used, where primers that have
been used for scientific research are available. These were compared with the primers
designed by the author. The design was performed as part of a bachelor's thesis using a
special application Pirmer-BLAST. The primers obtained from the CoVrimer
application were not designed to comprehensively distinguish all SARS-CoV-2 variants
studied.
Koronaviry byly objeveny v polovině 60. let, a jsou známy jako původci onemocnění u lidí a různých druhů zvířat.
K roku 2020 je známo 7 typů lidských koronavirů (alfakoronaviry: Human coronavirus 229E, Human coronavirus NL63 a betakoronaviry: Human coronavirus OC43, Human coronavirus HKU1, Middle East respirátory syndrome-related coronavirus (MERS-CoV), SARS-CoV, SARS-CoV-2). Jednotlivé typy se stále vyvíjejí a tím se mění i jejich schopnost infikovat člověka a mění se i obraz vznikajícího onemocnění.
CÍLE PRÁCE:
1. Stanovení fylogenetických souvislostí na základě publikovaných sekvencí koronavirů, zejména mutačních variant SARS-CoV-2 a konstrukce fylogenetického diagramu pro recentní varianty těchto virů.
2. Srovnání a posouzení vhodnosti současně běžně používaných kombinací PCR primerů pro rozlišení jednotlivých variant SARS-CoV-2, eventuálněnávrh nových primerů.
VÝZKUMNÉ OTÁZKY:
1. Které z koronavirůjsou nejvíce příbuzné SARS-CoV-2 a ve kterých sekvencích se liší?
2. Bude možné navrhnout PCR detekční metodu, která bude detekovat všechny nově vznikající varianty SARS-CoV-2, aniž by reagovala na přítomnost ostatních koronavirů?
POPIS METODIKY:
Prostudovat doporučenou literaturu a do konce listopadu předložit rešeršní část práce
Seznámit se prakticky s metodou PCR.
S použitím bioinformatického software provést analýzu vybraných publikovaných sekvencí koronavirů a zkonstruovat fylogenetický strom.
Na základě této analýzy přistoupit k posouzení a event.. návrhu PCR primerů s využitím bioinformatického software.
PŘEDPOKLÁDANÉ VYUŽITÍ PRO PRAXI:
Fylogenetická analýza umožňuje efektivněji vyhledávat optimální cílové sekvence pro diagnostiku virů.
Vedoucí práce
Doc. RNDr. Miroslav Šíp, DrSc.
Konzultantka
Mgr. Dagmar Riegert-Bystřická, PhD.
Zásady pro vypracování
STAV SOUČASNÉ PROBLEMATIKY:
Koronaviry byly objeveny v polovině 60. let, a jsou známy jako původci onemocnění u lidí a různých druhů zvířat.
K roku 2020 je známo 7 typů lidských koronavirů (alfakoronaviry: Human coronavirus 229E, Human coronavirus NL63 a betakoronaviry: Human coronavirus OC43, Human coronavirus HKU1, Middle East respirátory syndrome-related coronavirus (MERS-CoV), SARS-CoV, SARS-CoV-2). Jednotlivé typy se stále vyvíjejí a tím se mění i jejich schopnost infikovat člověka a mění se i obraz vznikajícího onemocnění.
CÍLE PRÁCE:
1. Stanovení fylogenetických souvislostí na základě publikovaných sekvencí koronavirů, zejména mutačních variant SARS-CoV-2 a konstrukce fylogenetického diagramu pro recentní varianty těchto virů.
2. Srovnání a posouzení vhodnosti současně běžně používaných kombinací PCR primerů pro rozlišení jednotlivých variant SARS-CoV-2, eventuálněnávrh nových primerů.
VÝZKUMNÉ OTÁZKY:
1. Které z koronavirůjsou nejvíce příbuzné SARS-CoV-2 a ve kterých sekvencích se liší?
2. Bude možné navrhnout PCR detekční metodu, která bude detekovat všechny nově vznikající varianty SARS-CoV-2, aniž by reagovala na přítomnost ostatních koronavirů?
POPIS METODIKY:
Prostudovat doporučenou literaturu a do konce listopadu předložit rešeršní část práce
Seznámit se prakticky s metodou PCR.
S použitím bioinformatického software provést analýzu vybraných publikovaných sekvencí koronavirů a zkonstruovat fylogenetický strom.
Na základě této analýzy přistoupit k posouzení a event.. návrhu PCR primerů s využitím bioinformatického software.
PŘEDPOKLÁDANÉ VYUŽITÍ PRO PRAXI:
Fylogenetická analýza umožňuje efektivněji vyhledávat optimální cílové sekvence pro diagnostiku virů.
Vedoucí práce
Doc. RNDr. Miroslav Šíp, DrSc.
Konzultantka
Mgr. Dagmar Riegert-Bystřická, PhD.
Seznam doporučené literatury
BEDNÁŘ, M. et al., 1996. Lékařská mikrobiologie: Bakteriologie, virologie, parazitologie. 1. vydání. Praha: Marvil. ISBN 978-80-2380-297-9
SCHINDLER, J., 2014. Mikrobiologie: pro studenty zdravotnických oborů. 2., dopl. a přeprac. vyd. Praha: Grada. ISBN 978-80-247-4771-2
WARNOW, Tandy. Computational phylogenetics: an introduction to designing methods for phylogeny estimation. Cambridge: Cambridge University Press, 2018. ISBN 978-1-107-18471-8.
KONVALINKA, J., 2013. Viry pro 21. století. 2. vyd. Praha: Academia. ISBN 978-80-200-2271-4.
Centrum epidemiologie a mikrobiologie, SZÚ, 2020. Koronaviry přehled [cit. 2020-05-24]. D ostupné z: http://www.szu.cz/tema/prevence/koronaviry-prehled-1
Seznam doporučené literatury
BEDNÁŘ, M. et al., 1996. Lékařská mikrobiologie: Bakteriologie, virologie, parazitologie. 1. vydání. Praha: Marvil. ISBN 978-80-2380-297-9
SCHINDLER, J., 2014. Mikrobiologie: pro studenty zdravotnických oborů. 2., dopl. a přeprac. vyd. Praha: Grada. ISBN 978-80-247-4771-2
WARNOW, Tandy. Computational phylogenetics: an introduction to designing methods for phylogeny estimation. Cambridge: Cambridge University Press, 2018. ISBN 978-1-107-18471-8.
KONVALINKA, J., 2013. Viry pro 21. století. 2. vyd. Praha: Academia. ISBN 978-80-200-2271-4.
Centrum epidemiologie a mikrobiologie, SZÚ, 2020. Koronaviry přehled [cit. 2020-05-24]. D ostupné z: http://www.szu.cz/tema/prevence/koronaviry-prehled-1