História evolutiva do vírus da hepatite B em populações nativas americanas

Abstract

Introdução: O Vírus da Hepatite B (HBV) é um vírus de DNA com tropismo por hepatócitos, que apresenta um genoma circular parcialmente dupla fita. Baseado na divergência de sequência do genoma completo, dez linhagens evolutivas, denominadas “genótipos” de HBV, foram descritas (A-J), sendo F e H considerados como “indígenas” da América. Os genótipos de HBV apresentam uma forte estruturação geográfica, o que pode refletir padrões das migrações humanas. Na América do Sul, áreas de alto endemismo incluem a região amazônica, e as maiores taxas de infecção têm sido observadas em populações Nativas Americanas. Embora a forte estruturação geográfica seja indicativa de uma origem antiga, a maioria das análises visando datar a origem dos genótipos “americanos” F e H resulta em datações extremamente recentes que não condizem com eventos históricos relacionados ao HBV. Objetivo: Os objetivos desse trabalho compreendem avaliar o impacto de diferentes taxas evolutivas e da seleção purificadora sobre as estimativas de datação molecular a fim de inferir quais taxas são mais condizentes com a origem do HBV na América; caracterizar o HBV circulante em uma amostra histórica de Nativos Americanos, e discutir os processos históricos que possam ser relevantes para entender os padrões observados. Material e Métodos: Nós realizamos análise Bayesiana utilizando sequências disponíveis dos genótipos F e H e diferentes taxas evolutivas previamente reportadas, e comparamos a ocorrência de mutações sinônimas e não-sinônimas em ramos da filogenia classificados como “antigos” ou “recentes” a fim de inferir a atuação da seleção purificadora ao longo do tempo. Para caracterização do HBV presente nas populações Nativas Americanas, detecção e amplificação do DNA viral foi obtida através de PCR seguido de sequenciamento e análise filogenética. Análise Bayesiana de Skyline Plot foi realizada para comparar a dinâmica populacional do subgenótipo A1 presente na amostra de Nativos Americanos e em outras cepas isoladas no Brasil. Resultados e conclusão: Nossos resultados mostram que as estimativas de datação molecular são fortemente influenciadas pelas taxas evolutivas utilizadas na análise. Além disso, foi observado excesso de mutações não-sinônimas nos ramos recentes da filogenia, o que é compatível com a ocorrência de seleção purificadora, e pode gerar um viés sobre as estimativas, produzindo datações recentes demais. Na amostra de Nativos Americanos, nós constatamos o predomínio do subgenótipo A1, relacionado com populações africanas. Análise de Skyline Plot mostrou que a expansão populacional nas cepas isoladas de Nativos Americanos é mais recente que aquela inferida para outras cepas brasileiras, sugerindo que os processos históricos que contribuíram para a formação do subgenótipo A1 dos Nativos Americanos são relacionados com ondas migratórias mais recentes em direção à região amazônica.

Introduction: Hepatitis B virus (HBV) is a hepatotropic DNA virus that presents a partially double-stranded circular genome. Based on sequence divergence of the complete genome, ten HBV evolutionary lineages, called “genotypes” have been described (A-J), with F and H being considered as indigenous from the Americas. HBV genotypes present a remarkable geographic structure which may reflect historic patterns of human migrations. In South America, areas of high endemism include the Amazon basin, and high prevalence rates have been observed in Native American populations. Although the strong geographical structure indicates an ancient origin, most analysis trying to date the origin of the “American” genotypes F and H result in extremely recent dates that disagree with historical events related with HBV. Objective: The aims of this study comprise evaluate the impact of different evolutionary rates and of the purifying selection on molecular dating estimates in order to infer which rates are in better agreement with the origin of HBV in the Americas; to characterize the HBV circulating in a historical sample of Native Americans, and discussing the historical processes that might be relevant to understand the observed patterns. Materials and Methods: We performed a Bayesian analysis using the available sequences of F and H genotypes and different evolutionary rates previously reported, and compared the occurrence of synonymous and non-synonymous mutations in branches of phylogeny classified as “old” or “young” in order to infer the effects of purifying selection over time. For the characterization of HBV from Native American populations, detection and amplification of viral DNA were obtained through PCR followed by sequencing and phylogenetic analysis. Bayesian Skyline Plot analysis was performed to compare the population dynamics of the A1 subgenotype present in the sample of Native American and in other strains isolated from Brazil. Results and Conclusion: Our results show that molecular dating estimates are strongly influenced by the evolutionary rate assumed in the analysis. In addition, we observed an excess of non-synonymous mutations in recent branches of phylogeny, which is compatible with the occurrence of purifying selection and may create a bias on the estimates, producing too recent datings. In the sample of Native Americans, we observed a predominance of the A1 subgenotype, related with African populations. Skyline Plot analysis showed that population expansion in strains isolated from Native Americans is more recent than that inferred from other Brazilian strains, suggesting that the historical processes that contributed to the presence of A1 subgenotype A1 Native Americans are related with more recent migratory waves towards the Amazon region.