Em formação

1.7: Investigações Científicas Não Experimentais - Biologia


Em fumaça

Você provavelmente já viu esse rótulo de aviso dezenas de vezes. É obrigatório em maços de cigarros nos EUA desde 1965, um ano depois que o U.S. Surgeon General publicou um relatório ligando o tabagismo a doenças como o câncer de pulmão. O relatório foi baseado em milhares de artigos de pesquisa, incluindo resultados de pesquisas importantes publicados pelos cientistas britânicos Richard Doll e Austin Bradford Hill. A partir de 1950, Doll e Hill conduziram estudos observacionais em larga escala e de longo prazo sobre tabagismo e câncer de pulmão e demonstraram uma forte correlação entre os dois.

Estudos observacionais

Muitas questões na biologia humana são investigadas com estudos observacionais em oposição a estudos experimentais. Um estudo de observação mede características em uma amostra, mas não tenta manipular variáveis ​​de interesse. Um exemplo simples de estudo observacional é uma pesquisa política. Pode-se perguntar a uma amostra de adultos quantos anos eles têm e qual dos dois candidatos eles preferem. O estudo fornece um instantâneo das opiniões dos eleitores em potencial e como elas diferem por idade do entrevistado. Se os resultados do estudo se aplicam à população como um todo depende principalmente de quão grande e aleatória é a amostra.

Como um estudo observacional difere de um experimento - o padrão ouro dos estudos de pesquisa científica? A principal diferença é como os assuntos são tratados. Em um estudo observacional, nenhuma tentativa é feita para influenciar os sujeitos de qualquer forma. Em um experimento, ao contrário, o pesquisador aplica um tratamento a um grupo de sujeitos e tenta isolar os efeitos do tratamento em uma variável de resultado comparando o grupo experimental com um grupo de controle. Por exemplo, em 1954, Jonas Salk fez um teste experimental de sua recém-descoberta vacina contra a poliomielite, dando-a a uma grande amostra de crianças. Crianças em um grupo de controle igualmente grande receberam uma injeção inofensiva de solução salina, mas nenhuma vacina. Salk então comparou os dois grupos de crianças e determinou que a vacina era de 80 a 90 por cento eficaz na prevenção da poliomielite.

Tipos de estudos observacionais

Existem três tipos diferentes de estudos observacionais: estudos transversais, de caso-controle e de coorte. Todos os três tipos têm prós e contras.

Estudos Transversais

UMA transversal estude é um tipo de estudo observacional que coleta dados de uma amostra de sujeitos apenas uma vez em um determinado momento. A pesquisa política descrita acima é um exemplo simples de um estudo transversal. Uma possível ligação entre tabagismo e câncer de pulmão também foi sugerida pela primeira vez por estudos transversais. Os pesquisadores descobriram uma taxa maior de câncer de pulmão em pessoas que fumavam do que naquelas que não fumavam na época do estudo. Em outras palavras, as duas variáveis ​​pareciam estar associadas.

Estudos transversais são relativamente baratos e fáceis de fazer, mas seus resultados são fracos, então raramente são usados ​​sozinhos. Mais frequentemente, um pesquisador usa um estudo transversal para encontrar variáveis ​​que podem estar vinculadas e, em seguida, faz um estudo de caso-controle ou coorte para investigar uma possível relação entre as duas variáveis.

Estudos de caso-controle

UMA estudo caso-controle é um tipo de estudo observacional que compara um grupo de sujeitos com uma característica de interesse (casos) com um grupo de sujeitos semelhantes sem a característica (controles). Este tipo de estudo é retrospectivo. Os sujeitos são solicitados a relatar seus comportamentos no passado na tentativa de encontrar correlações entre comportamentos passados ​​específicos e o status atual. A natureza retrospectiva dos estudos de caso-controle é sua principal fraqueza. As respostas dos participantes podem ser imprecisas porque se esquecem ou são desonestas sobre hábitos anteriores.

Um exemplo clássico de estudo caso-controle é a pesquisa inicial sobre tabagismo e câncer de pulmão realizada por Doll e Hill (Figure ( PageIndex {2} )). Em 1950, os dois cientistas entrevistaram 700 pacientes com câncer de pulmão (casos) e 700 pessoas sem câncer de pulmão (controles). Eles coletaram informações sobre hábitos de fumar anteriores e outras características das pessoas nos dois grupos. Quando eles compararam os dois grupos, eles encontraram uma forte associação entre o comportamento de fumar no passado e o estado atual de câncer de pulmão.

Estudos de Coorte

UMA estudo de coorte é um estudo observacional no qual um grupo de indivíduos semelhantes (a coorte) é selecionado no início do estudo e seguido ao longo do tempo. Este tipo de estudo é prospectivo. Os pesquisadores coletam dados sobre a coorte periodicamente por meses ou até anos no futuro. Como os pesquisadores coletam as informações diretamente, é provável que os dados sejam mais precisos do que os dados de recordação auto-relatados em estudos de caso-controle. Dados prospectivos também permitem que os pesquisadores estabeleçam a sequência de progressão dos estados de doença ou outras condições de interesse. Por outro lado, os estudos de coorte são os estudos observacionais mais caros e difíceis de realizar.

Um dos maiores estudos de coorte de todos os tempos foi realizado por Doll e Hill em 1951. Ele foi baseado em seu estudo de caso-controle anterior e investigou a ligação entre tabagismo e câncer de pulmão. A coorte que iniciou o estudo incluiu quase 50.000 médicos britânicos do sexo masculino, e eles foram acompanhados pelos pesquisadores ao longo dos 50 anos seguintes. As descobertas iniciais do estudo foram relatadas pela primeira vez em 1954, e os resultados atualizados foram relatados periodicamente depois disso. O último relatório foi publicado em 2004 e refletia nos 50 anos anteriores de resultados de pesquisas. Este estudo forneceu evidências ainda mais fortes para a correlação entre tabagismo e câncer de pulmão.

Numerosos outros estudos de pesquisa, incluindo estudos experimentais, mostraram conclusivamente que fumar causa câncer de pulmão, entre muitos outros problemas de saúde. A figura ( PageIndex {3} ) mostra alguns dos efeitos nocivos que, desde então, foram demonstrados serem causados ​​pelo fumo.

Correlação vs. Causalidade em Estudos Observacionais

Os estudos observacionais podem geralmente estabelecer correlação, mas não necessariamente causalidade. Correlação é uma associação entre duas variáveis ​​em que uma mudança em uma variável está associada a uma mudança na outra variável. A correlação pode ser forte ou fraca. Também pode ser positivo ou negativo.

  • Se for demonstrado que duas variáveis ​​têm uma correlação positiva, ambas as variáveis ​​mudam na mesma direção. Por exemplo, um estudo observacional pode descobrir que fumar mais está relacionado a um risco maior de câncer de pulmão. Em outras palavras, à medida que o fumo aumenta, também aumenta o câncer de pulmão.
  • Se for demonstrado que duas variáveis ​​têm uma correlação negativa, elas mudam em direções opostas. Por exemplo, um estudo observacional pode descobrir que pessoas que se exercitam mais têm menos probabilidade de desenvolver câncer de pulmão. Em outras palavras, conforme o exercício aumenta, o câncer de pulmão diminui.

Uma das principais diferenças entre estudos observacionais e experimentos é a questão da correlação vs. causalidade. Como os estudos observacionais não controlam todas as variáveis, quaisquer correlações que eles mostrem entre as variáveis ​​não podem ser interpretadas como uma variável causa outra. Em experimentos, em contraste, todas as variáveis ​​possíveis são controladas, tornando mais seguro concluir que mudanças em uma variável causam mudanças em outra. Infelizmente, quando estudos observacionais são relatados na mídia, essa distinção não é feita com frequência. Em vez disso, uma variável que está correlacionada com outra em um estudo observacional pode ser relatada incorretamente como causando alterações na outra variável.

Em estudos observacionais, é sempre possível que alguma outra variável afete ambas as variáveis ​​de interesse e explique a correlação. Um exemplo da confusão de correlação e causalidade em estudos observacionais é o caso dos efeitos do café na saúde. Muitos dos primeiros estudos observacionais sobre o consumo de café e a saúde encontraram uma correlação positiva entre beber café e problemas de saúde, como doenças cardíacas e câncer. Isso significa que beber café causa esses problemas de saúde? Não necessariamente, embora a mídia tenha divulgado essa conclusão. Um exame mais aprofundado do problema revela que o consumo de café também está associado a um estilo de vida menos preocupado com a saúde. Pessoas que bebem café tendem a praticar outros comportamentos que podem afetar negativamente sua saúde, como fumar ou beber álcool. Estudos observacionais maiores, nos quais essas diferenças de estilo de vida foram levadas em consideração, não encontraram correlação entre o consumo de café e problemas de saúde. Na verdade, eles descobriram que o consumo moderado de café pode trazer alguns benefícios à saúde.

Justificativa para estudos observacionais

Se os estudos observacionais não podem estabelecer a causalidade, por que são feitos? Por que nem todas as questões de pesquisa são investigadas experimentalmente? Existem várias razões importantes para fazer estudos observacionais:

  • Um estudo observacional pode ser o único tipo de estudo viável para certas questões de pesquisa porque os experimentos são impossíveis, impraticáveis ​​ou antiéticos de serem realizados. Por exemplo, seria antiético fazer um experimento sobre tabagismo e saúde em que os indivíduos da amostra de fumantes fossem deliberadamente expostos à fumaça do tabaco e depois observados para ver se desenvolveram câncer de pulmão.
  • Um estudo observacional é geralmente mais barato e mais fácil de conduzir do que um estudo experimental.
  • Um estudo observacional geralmente pode estudar mais assuntos e obter um conjunto maior de dados do que um estudo experimental.

Modelos

Outra forma de obter conhecimento científico sem experimentação é com a modelagem. UMA modelo é uma representação de parte do mundo real. Você já construiu um modelo de carro ou avião? Modelos científicos são algo assim. Eles representam o mundo real, mas são mais simples. Esse é um dos motivos pelos quais os modelos são especialmente úteis para investigar sistemas complexos. Ao estudar um modelo muito mais simples, é mais fácil aprender como o sistema real funciona.

Como hipótese, um modelo deve ser avaliado. Ele é avaliado por critérios como quão bem representa o mundo real, quais são suas limitações e quão útil é. A utilidade de um modelo depende de quão bem suas previsões correspondem às observações do mundo real. Lembre-se de que, mesmo quando as previsões de um modelo correspondem às observações do mundo real, isso não prova que o modelo está correto ou que é o único que funciona.

Modelagem de Sistemas Biológicos

Muitos fenômenos em biologia ocorrem como parte de um sistema complexo, seja o sistema uma célula, um órgão humano como o cérebro ou um ecossistema inteiro. Os modelos de sistemas biológicos podem variar de diagramas bidimensionais simples a simulações de computador complexas. A Figura ( PageIndex {3} ) mostra um modelo do efeito da nicotina nas células do sistema nervoso.

Organismos Modelo

Usar outros organismos como modelos do corpo humano é outra maneira pela qual os modelos são usados ​​na pesquisa em biologia humana. UMA organismo modelo é uma espécie não humana extensivamente estudada para compreender fenômenos biológicos específicos. A expectativa é que as descobertas feitas no organismo modelo forneçam insights sobre o funcionamento do organismo humano. Na pesquisa de doenças humanas, por exemplo, organismos-modelo permitem uma melhor compreensão do processo da doença sem o risco adicional de prejudicar seres humanos reais. A espécie modelo escolhida deve reagir à doença ou ao seu tratamento de forma semelhante à fisiologia humana. Embora a atividade biológica em um organismo modelo não garanta o mesmo efeito em humanos, muitos medicamentos, tratamentos e curas para doenças humanas são desenvolvidos em parte com a orientação de organismos modelo.

Organismos modelo que têm sido usados ​​na pesquisa de biologia humana variam de bactérias como E. coli a primatas não humanos, como os chimpanzés. O rato Mus musculus, na foto abaixo, é um organismo modelo comumente usado na pesquisa médica humana. Por exemplo, tem sido amplamente utilizado para estudar a obesidade induzida por dieta e problemas de saúde relacionados. Na verdade, o modelo do rato de obesidade induzida por dieta tornou-se uma das ferramentas mais importantes para compreender a interação das dietas ocidentais com alto teor de gordura e o desenvolvimento da obesidade.

Recurso: Fontes confiáveis

Você pode obter a maioria das notícias na Internet. Você provavelmente também pesquisa questões pessoais e tópicos de trabalhos de conclusão de curso on-line. Ao contrário das informações nos jornais e na maioria dos noticiários de televisão, as informações na Internet não são regulamentadas quanto à qualidade ou precisão. Quase qualquer pessoa pode publicar quase tudo o que quiser na web. A responsabilidade é do usuário avaliar os recursos da Internet. Como você sabe se os recursos que encontra online são confiáveis? As perguntas abaixo o ajudarão a avaliar sua confiabilidade.

  1. Como você encontrou a página da web? Se você apenas "pesquisou" um tópico ou pergunta, os resultados da pesquisa podem ou não ser confiáveis. Mais prováveis ​​de serem confiáveis ​​são as páginas da web recomendadas por um membro do corpo docente, citadas em uma fonte acadêmica ou vinculadas a um site confiável.
  2. Qual é o domínio do site? Se o URL incluir .edu, ele é afiliado a uma faculdade ou universidade. Se incluir .gov, será afiliado ao governo federal e, se incluir .org, será afiliado a uma organização sem fins lucrativos. Esses sites são geralmente fontes de informação mais confiáveis ​​do que os sites .com, que são sites comerciais ou de negócios.
  3. Quem é o autor da página da web? O autor é afiliado a uma organização ou instituição reconhecida? As credenciais do autor estão listadas e são relevantes para as informações na página? As informações de contato atuais do autor são fornecidas?
  4. A informação é confiável? As fontes são citadas para fatos e números? É fornecida uma bibliografia? Parece haver um viés ou ponto de vista específico apresentado, ou as informações parecem justas e equilibradas? A página contém anúncios que podem afetar o conteúdo das informações incluídas?
  5. A informação é atual? Quando a página foi criada e atualizada pela última vez? Os links da página estão atualizados e funcionais?

Coloque este conselho em prática. Acesse a Internet e encontre várias páginas da web que fornecem informações sobre o tópico tabagismo e câncer de pulmão. Quais sites você acha que fornecem as informações mais confiáveis? Porque?

Análise

  1. Explique por que os estudos observacionais não podem estabelecer a causa. Descreva um exemplo para ilustrar sua explicação.
  2. Compare e contraste os três tipos de estudos observacionais descritos acima.
  3. Identifique três razões possíveis para fazer um estudo observacional.
  4. Por que os modelos são comumente usados ​​na pesquisa em biologia humana?
  5. Múltiplas respostas: Que tipo de estudo envolve a lembrança de variáveis ​​que ocorreram no passado? Que tipo envolve a observação de variáveis ​​desde o início?
    1. correlação positiva; Correlação negativa
    2. Correlação negativa; correlação positiva
    3. retrospectivo; potencial
    4. prospectivo; retrospectivo
  6. Verdadeiro ou falso. Uma correlação positiva significa que há benefícios para a saúde para a variável sob investigação.
  7. Verdadeiro ou falso. Uma coorte é um grupo de indivíduos de diferentes idades, pesos, gêneros e estados de saúde.
  8. É feito um estudo para investigar se o consumo de refrigerante influencia o desenvolvimento de diabetes. Os sujeitos são indivíduos recentemente diagnosticados com diabetes em comparação com controles que não têm diabetes. Todos os entrevistados são questionados sobre quantas vezes por semana beberam refrigerante nos últimos dois anos. Responda às seguintes perguntas sobre esta investigação científica.
    1. Que tipo de estudo observacional é esse?
    2. Os indivíduos com diabetes são "pareados" aos controles, o que significa que os pesquisadores tentaram minimizar o efeito de outras variáveis ​​fora da variável de interesse (ou seja, consumo de refrigerante). O que você acha que algumas dessas outras variáveis ​​poderiam ser?
    3. Você acha que os dados sobre o consumo de refrigerantes serão precisos? Por que ou por que não?
    4. Como você poderia mudar o estudo para obter dados mais precisos sobre se há uma relação entre o consumo de refrigerante e diabetes? Explique por que seu novo estudo seria mais preciso.
  9. Você acha que os modelos de simulação computacional de sistemas biológicos podem ser precisos sem observações ou experimentos em organismos vivos reais ou tecidos?
  10. Explique por que as investigações observacionais e experimentais são úteis na ciência.

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Modalidades de dor visceral e somática revelam Na V Vias nociceptivas viscerais independentes de 1,7

Pontos chave: Os canais de sódio dependentes de voltagem desempenham um papel fundamental na determinação da excitabilidade neuronal. Especificamente, o subtipo Na de canal de sódio controlado por voltagemV 1.7 é necessário para detectar a dor somática aguda e inflamatória em camundongos e humanos, mas seu significado na dor originada nas vísceras é desconhecido. Usando modelos comportamentais comparativos que evocam as vias somáticas e viscerais da dor, identificamos a necessidade de NaV 1.7 na regulação somática (limiar de dor por calor nocivo), mas não na sinalização de dor visceral. Esses resultados nos permitem compreender melhor os mecanismos subjacentes à transdução de estímulos nocivos das vísceras, sugerem que a investigação das vias da dor deve ser realizada de uma maneira específica da modalidade e ajuda a direcionar os esforços de descoberta de medicamentos para novos analgésicos viscerais.

Resumo: Canal de sódio controlado por voltagem NaV 1.7 é necessário para a dor aguda e inflamatória em camundongos e humanos, mas seu significado para a dor visceral é desconhecido. Aqui, examinamos o papel do NaV 1.7 no processamento da dor visceral e no desenvolvimento da hiperalgesia referida usando um nociceptor específico condicional de NaV 1.7 mouse nocaute (NaV 1.7 Nav1.8) e Na de pequena molécula seletivaV 1.7 antagonista PF-5198007. N / DV 1.7 Os camundongos Nav1.8 mostraram comportamentos nociceptivos normais em resposta à aplicação intracolônica de capsaicina ou óleo de mostarda, estímulos conhecidos por evocar atividade nociceptora sustentada e sensibilização após dano ao tecido, respectivamente. Respostas normais após a indução de cistite pela ciclofosfamida também foram observadas em ambos os NaV 1.7 Nav1.8 e controles de ninhada. Perda ou bloqueio de NaV 1.7 não afetou as respostas aferentes a estímulos mecânicos e químicos nocivos em preparações de nervo-intestino em camundongos, ou após antagonismo de NaV 1,7 em apêndice humano ressecado estimulado por pressões de distensão nocivas. No entanto, a análise da expressão das subunidades α do canal de sódio dependente de voltagem revelou NaV 1,7 transcrições de mRNA em quase todos os neurônios do cólon marcados retrogradamente, sugerindo redundância na função. Em contraste, usando modelos comportamentais somáticos comparativos, identificamos que a deleção genética do NaV 1,7 (em NaV Neurônios que expressam 1,8) regula o limiar de dor por calor nocivo e que isso pode ser recapitulado pelo Na seletivoV 1.7 antagonista PF-5198007. Nossos dados demonstram que NaV 1,7 (em NaV Neurônios que expressam 1,8) contribui para as vias de dor definidas de uma maneira dependente da modalidade, modulando a dor por calor nociva somática, mas não é necessária para o processamento da dor visceral, e defende que o bloqueio farmacológico do NaV 1,7 sozinho nas vísceras pode ser insuficiente para direcionar a dor visceral crônica.

Palavras-chave: NaV1.7 dor de calor colorretal visceral nocicepção dor visceral canal de sódio fechado por voltagem.

© 2017 Os autores. The Journal of Physiology © 2017 The Physiological Society.

Figuras

Figura 1. Comportamentos espontâneos relacionados à dor visceral em ...

Figura 1. Comportamentos espontâneos relacionados à dor visceral em Na V 1.7 Nav1.8 e camundongos littermate seguindo ...

Figura 2. Comportamentos relacionados à dor visceral evocados ...

Figura 2. Comportamentos relacionados à dor visceral evocados por cistite induzida por ciclofosfamida em Na V 1.7 Nav1.8…

Figura 3. Respostas aferentes viscerais a substâncias nocivas ...

Figura 3. Respostas aferentes viscerais à distensão nociva do cólon distal em Na V…

Figura 4. Efeito da capsaicina e mostarda ...

Figura 4. Efeito da capsaicina e óleo de mostarda nas respostas aferentes viscerais

Figura 5. Expressão do canal de sódio controlado por voltagem ...

Figura 5. Expressão de transcritos de mRNA de canal de sódio dependentes de voltagem em neurônios sensoriais do cólon de camundongo por ...

Figura 6. Comportamentos de dor somática e tibial ...

Figura 6. Comportamentos de dor somática e atividade do nervo tibial à estimulação térmica nociva em Na ...

Figura 7. Efeito do antagonismo seletivo de pequenas moléculas ...

Figura 7. Efeito do antagonismo seletivo de pequenas moléculas de Na V 1.7 em apêndices humanos ressecados ...


Quando usar pesquisa não experimental

Como vimos no último capítulo, a pesquisa experimental é apropriada quando o pesquisador tem uma questão de pesquisa ou hipótese específica sobre uma relação causal entre duas variáveis ​​- e é possível, viável e ético manipular a variável independente. É lógico, portanto, que a pesquisa não experimental é apropriada - até necessária - quando essas condições não são satisfeitas. Muitas vezes, a pesquisa não experimental é preferida, incluindo quando:

  • a questão ou hipótese de pesquisa se relaciona a uma única variável, em vez de uma relação estatística entre duas variáveis ​​(por exemplo, quão precisas são as primeiras impressões das pessoas?).
  • a questão de pesquisa pertence a uma relação estatística não causal entre variáveis ​​(por exemplo, há uma correlação entre inteligência verbal e inteligência matemática?).
  • a questão da pesquisa é sobre uma relação causal, mas a variável independente não pode ser manipulada ou os participantes não podem ser atribuídos aleatoriamente a condições ou ordens de condições por razões práticas ou éticas (por exemplo, causa danos ao hipocampo de uma pessoa prejudica a formação da memória de longo prazo traços?).
  • a questão da pesquisa é ampla e exploratória, ou é sobre como é ter uma experiência específica (por exemplo, como é ser uma mãe que trabalha com diagnóstico de depressão?).

Novamente, a escolha entre as abordagens experimentais e não experimentais é geralmente ditada pela natureza da questão de pesquisa. Lembre-se de que os três objetivos da ciência são descrever, prever e explicar. Se o objetivo é explicar e a questão da pesquisa pertence às relações causais, então a abordagem experimental é tipicamente preferida. Se o objetivo é descrever ou prever, uma abordagem não experimental será suficiente. Mas as duas abordagens também podem ser usadas para abordar a mesma questão de pesquisa de maneiras complementares. Por exemplo, Da mesma forma, após seu estudo original, Milgram conduziu experimentos para explorar os fatores que afetam a obediência. Ele manipulou várias variáveis ​​independentes, como a distância entre o experimentador e o participante, o participante e o cúmplice, e o local do estudo (Milgram, 1974) [1].


Projeto de conjunto de primer específico para detecção de variante B.1.1.7 SARS-CoV-2 usando aprendizado profundo

A linhagem variante B.1.1.7 do SARS-CoV-2, também conhecida como clade GR da Global Initiative on Sharing All Influenza Data (GISAID), Nextstrain clade 20B ou Variant Under Investigation em dezembro de 2020 (VUI - 202012/01), parece ter uma transmissibilidade aumentada em comparação com outras variantes. Assim, para conter e estudar essa variante do vírus SARS-CoV-2, é necessário desenvolver um teste molecular específico para identificá-lo de forma única. Usando um pipeline totalmente automatizado envolvendo técnicas de aprendizado profundo, projetamos um conjunto de primer específico para SARS-CoV-2 variante B.1.1.7 com & gt99% de precisão, a partir de 8.923 sequências de GISAID. O conjunto de primer resultante está na região da mutação sinônima C16176T no gene ORF1ab, usando a sequência canônica da variante B.1.1.7 como referência. Avançar em sílico o teste mostra que as sequências do conjunto de iniciadores não aparecem em vírus diferentes, usando 20.571 amostras de vírus do National Center for Biotechnology Information (NCBI), nem em outros coronavírus, usando 487 amostras do National Genomics Data Center (NGDC). Em conclusão, o conjunto de primer apresentado pode ser explorado como parte de uma abordagem multiplexada no diagnóstico inicial de pacientes com Covid-19, ou usado como uma segunda etapa do diagnóstico em casos já positivos para Covid-19, para identificar indivíduos portadores de B. 1.1.7 variante.


Investigação in silico das novas variantes do SARS-CoV-2 do Reino Unido (B.1.1.7) e da África do Sul (501Y.V2) com foco na interface ACE2-Spike RBD

O SARS-CoV-2 explora a enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) como um receptor para invadir as células. Foi relatado que as cepas do Reino Unido e da África do Sul podem ter maior capacidade de transmissão, eventualmente devido a substituições de aminoácidos na proteína SARS-CoV-2 Spike. A patogenicidade parece modificada, mas ainda está sob investigação. Aqui, usamos a estrutura experimental do domínio RBD de Spike co-cristalizado com parte do receptor ACE2 e vários métodos in silico para analisar os possíveis impactos de três substituições de aminoácidos (Spike K417N, E484K, N501Y) em relação à ligação de ACE2. Descobrimos que a substituição N501Y nesta região da interface (presente nas cepas do Reino Unido e da África do Sul) deve ser favorável para a interação com ACE2, enquanto as substituições K417N e E484K (África do Sul) pareceriam desfavoráveis. Não está claro se a substituição N501Y na cepa sul-africana poderia contrabalançar as substituições menos favoráveis ​​previstas (em relação à ligação) K417N e E484K Spike. Nossa descoberta sugere que, se de fato a cepa sul-africana tem um alto nível de transmissão, isso pode ser devido à substituição do N501Y e / ou às substituições em regiões fora da interface direta Spike-ACE2.

A transmissão das cepas SARS-CoV-2 do Reino Unido e possivelmente da África do Sul parece substancialmente aumentada em comparação com outras variantes

Isso pode ser devido, em parte, ao aumento da afinidade entre as proteínas Spike variantes e ACE2

Investigamos in silico a estrutura 3D do complexo Spike-ACE2 com foco em Spike K417N, E484K e N501Y

Prevê-se que a substituição N501Y aumente a afinidade para ACE2 (cepa UK) com subsequente transmissibilidade aprimorada e possivelmente patogenicidade

Substituições adicionais nas posições 417 e 484 (cepa sul-africana) podem interferir na interação com ACE2 levantando questões sobre transmissibilidade e patogenicidade


Hipóteses mecanísticas para a propagação rápida

Para compreender os possíveis mecanismos biológicos para a disseminação mais rápida do VOC 202012/01 em relação às variantes preexistentes, estendemos um modelo matemático estruturado por idade e regionalmente estruturado de transmissão de SARS-CoV-2 (10, 15) para considerar duas variantes co-circulantes (fig. S8 e tabelas S2 e S3). O modelo usa dados de mobilidade do Google (11), validado por pesquisas de contato social (10), para capturar as mudanças nos padrões de contato ao longo do tempo para cada região da Inglaterra. Criamos cinco versões do modelo, cada uma incluindo um parâmetro alternativo que captura um mecanismo potencial.

As hipóteses que testamos são as seguintes. Em primeiro lugar, as observações dos valores de limiar de ciclo inferior (Ct) (1618) —Ou seja, carga viral mais alta — apóia a ideia de que o VOC pode ser mais transmissível por contato com uma pessoa infecciosa do que as variantes preexistentes (hipótese 1). Em segundo lugar, dados de teste longitudinal (17) sugerem que o VOC pode estar associado a um período mais longo de eliminação viral e, portanto, a um período infeccioso potencialmente mais longo (hipótese 2). Terceiro, a deleção ∆H69 / ∆V70 no pico contribuiu para o escape imunológico em um paciente imunocomprometido (7), o que sugere que a imunidade às variantes preexistentes pode proporcionar proteção reduzida contra a infecção com VOC (hipótese 3). Em quarto lugar, a propagação inicial de VOC durante o bloqueio de novembro de 2020 na Inglaterra, durante o qual as escolas foram abertas, sugere que as crianças podem ser mais suscetíveis à infecção com VOC do que com variantes preexistentes (hipótese 4). As crianças são normalmente menos suscetíveis à infecção por SARS-CoV-2 do que os adultos (19, 20), possivelmente por causa da proteção cruzada imunológica devido a outros coronavírus humanos (21), que poderia ser menos protetor contra VOC. Finalmente, VOC poderia ter um tempo de geração mais curto do que as variantes preexistentes (hipótese 5). Um menor tempo de geração poderia ser responsável por um aumento na taxa de crescimento sem exigir um maior número de reprodução, o que tornaria o controle da VOC 202012/01 por meio de medidas de distanciamento social relativamente mais fácil de alcançar.

Ajustamos cada modelo a séries temporais de mortes por COVID-19, admissões hospitalares, ocupação de leitos em hospitais e UTI, prevalência de reação em cadeia da polimerase (PCR), soroprevalência e proporção de testes comunitários SARS-CoV-2 com falha do gene S em todo o as três regiões mais afetadas do NHS England, no período de 1 de março a 24 de dezembro de 2020 (Fig. 3 e figs. S9 a S14). Avaliamos os modelos usando critérios de informação de desvio (DIC) e comparamos as previsões do modelo aos dados observados para os 14 dias após o período de ajuste (ou seja, 25 de dezembro de 2020-7 de janeiro de 2021). Das cinco hipóteses avaliadas, a hipótese 1 (transmissibilidade aumentada) teve o menor (ou seja, melhor) DIC combinado e desvio preditivo. A hipótese 2 (período infeccioso mais longo) e a hipótese 4 (suscetibilidade aumentada em crianças) também se encaixam bem nos dados, embora a hipótese 4 não seja bem apoiada por dados de taxa de ataque secundário doméstico (fig. S15) ou por padrões específicos de idade do gene alvo S falha na comunidade (fig. S16), nenhuma das quais identifica um aumento substancial na suscetibilidade entre as crianças. A hipótese 3 (escape imune) e a hipótese 5 (tempo de geração mais curto) se ajustam mal (Fig. 3A e tabela S4). Em particular, a hipótese 5 previu que a frequência relativa de VOC 202012/01 deveria ter caído durante restrições rigorosas no final de dezembro de 2020, porque quando duas variantes têm o mesmo número de reprodução efetiva Rt & lt 1, mas com tempos de geração diferentes, as infecções diminuem mais rapidamente para a variante com o tempo de geração mais curto.

Cada linha mostra um mecanismo presumido diferente. (UMA) Frequência relativa de VOC 202012/01 (linha preta e fita, respectivamente, denotam a frequência observada de falha do gene S com intervalo de confiança binomial de 95%, linha roxa e fita, respectivamente, denotam a média e intervalo de 95% de credibilidade do ajuste do modelo). (B) Estimativas posteriores (média e intervalos de credibilidade de 95%) para chances relativas de hospitalização (doença grave), chances relativas de admissão na UTI (doença crítica), chances relativas de morte (doença fatal), taxa de crescimento como um fator multiplicativo por semana [ie , exp (7 · ∆r)], e o parâmetro que define o mecanismo hipotético, todos os parâmetros são relativos àqueles estimados para variantes preexistentes. (C para E) Modelo ilustrativo se encaixa para a região Sudeste do NHS Inglaterra: (C) modelo de transmissibilidade aumentada de duas cepas com VOC 202012/01 incluído (D) modelo de transmissibilidade aumentada de duas cepas com VOC 202012/01 removido (E) ajustado modelo de cepa sem emergência de VOC 202012/01. As linhas pretas denotam as barras de erro de dados observados denotam o intervalo de datas e intervalos de 95% de credibilidade para a prevalência de PCR observada e as linhas coloridas e fitas de seroprevalência denotam a mediana e intervalos de credibilidade de 95% do ajuste do modelo.

We fitted a combined model incorporating the five hypotheses above, but it was not able to identify a single consistent mechanism across NHS England regions hence, a wide range of parameter values are compatible with the observed growth rate of VOC 202012/01 (fig. S14). On the basis of our analysis, we identify increased transmissibility as the most parsimonious model, but we emphasize that the five mechanisms explored here are not mutually exclusive and may be operating in concert.

The increased transmissibility model does not identify a clear increase or decrease in the severity of disease associated with VOC 202012/01, finding similar odds of hospitalization given infection [odds ratio, 0.92 95% credible interval (CrI), 0.77 to 1.10], critical illness [odds ratio, 0.90 (CrI, 0.58 to 1.40)], and death [odds ratio, 0.90 (0.68 to 1.20)] when the model was fitted to the three most heavily affected NHS England regions (Fig. 3B). These estimates should be treated with caution, as we would not expect to identify a clear signal of severity when fitting to data up to 24 December 2020, given delays between infection and hospitalization or death. However, the fitted model finds strong evidence of higher relative transmissibility, estimated at 65% (CrI, 39 to 93%) higher than preexisting variants for the three most heavily affected NHS England regions, or 82% (CrI, 43 to 130%) when estimated across all seven NHS England regions (Table 1, model 5a). These estimates of increased transmissibility are consistent with our statistical estimates and with a previous estimate of a 70% increased reproduction number for VOC 202012/01 (16) This model reproduces observed epidemiological dynamics for VOC 202012/01 (Fig. 3C and fig. S17). Without the introduction of a new variant with a higher growth rate, the model is unable to reproduce observed dynamics (Fig. 3, D and E, and figs. S17 to S19) these findings lend further support to the idea that changing contact patterns do not explain the spread of VOC 202012/01.


1.7: Nonexperimental Scientific Investigations - Biology

In the phylogenetic tree shown, which organism is most distantly related to 2? In the diagram shown which is the most recent common ancestor of 1 and 3?
  1. E. coli is a eukaryote and share similarities with most of the living organisms.
  2. E. coli is a prokaryote. The various metabolic processes and core functions in E. coli share homology with higher organisms.
  3. E. coli contains a nucleus and membrane bound cell organelles that are shared by all the living organisms.
  4. E. coli is a prokaryote and reproduces through binary fission which is common to most of the living organisms.
  1. Archeopteryx is the connecting link between birds and reptiles which shows that birds and reptiles are related.
  2. Birds have scales, having the same origin as that of reptiles.
  3. Birds and reptiles have the same circulatory and excretory systems and both are egg laying animals.
  4. Birds and reptiles have similar anatomical and morphological features.
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This text is based on Openstax Biology for AP Courses, Senior Contributing Authors Julianne Zedalis, The Bishop's School in La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell University Contributing Authors Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix, University of North Carolina at Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, University of Wisconsin, Oshkosh

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 Unported License, with no additional restrictions


Study evaluates potential causes of increased transmission in SARS-CoV-2 variants

Washington, D.C. - June 20, 2021 - Although two SARS-CoV-2 variants are associated with higher transmission, patients with these variants show no evidence of higher viral loads in their upper respiratory tracts compared to the control group, a Johns Hopkins School of Medicine study found.

The emergence and higher transmission of the evolving variants of SARS-CoV-2, the virus that causes COVID-19, has been concerning. The researchers investigated B.1.1.7, the variant first identified in the UK, and B.1.351, the variant first identified in South Africa, to evaluate if patients showed higher viral loads, and consequently increased shedding and transmissibility.

Variants were identified using whole genome sequencing. Researchers used a large cohort of samples to show that the UK variant constituted 75% of the circulating viruses by April 2021. The researchers compared 134 variant samples to 126 control samples and with access to the patients' clinical information, were able to correlate the genomics data with the clinical disease and outcomes. All samples underwent additional testing to determine their viral load. The information was associated with the stage of the disease by looking at the days after the start of symptoms which added clarity in comparing viral shedding between groups.

"The reason why these variants show higher transmissibility is not yet clear," said Adannaya Amadi, lead author on the study. "However, our findings did show that the patients infected with these variants are less likely to be asymptomatic compared to the control group. Although those infected with the variants were not at higher risk for death or intensive care admission, they were more likely to be hospitalized."

This study was performed at Dr. Heba Mostafa's research laboratory at Johns Hopkins School of Medicine, which has been performing large scale whole genome sequencing of SARS-CoV-2 for the State of Maryland and contributing data to the national publicly available surveillance figures.

Alex Luo, C. Paul Morris, Matthew Schwartz, Eili Y. Klein and Heba H. Mostafa also contributed to this work. The study was funded by NIH, the Johns Hopkins Department of Pathology, The Johns Hopkins University and the Maryland Department of Health.

This abstract will be presented at the World Microbe Forum online from June 20-24 live from Baltimore, Maryland. World Microbe Forum is a collaboration between the American Society for Microbiology (ASM), the Federation of European Microbiological Societies (FEMS), and several other societies, which is breaking barriers to share science and address the most pressing challenges facing humankind today.

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Uveal melanoma: From diagnosis to treatment and the science in between

Melanomas of the choroid, ciliary body, and iris of the eye are collectively known as uveal melanomas. These cancers represent 5% of all melanoma diagnoses in the United States, and their age-adjusted risk is 5 per 1 million population. These less frequent melanomas are dissimilar to their more common cutaneous melanoma relative, with differing risk factors, primary treatment, anatomic spread, molecular changes, and responses to systemic therapy. Once uveal melanoma becomes metastatic, therapy options are limited and are often extrapolated from cutaneous melanoma therapies despite the routine exclusion of patients with uveal melanoma from clinical trials. Clinical trials directed at uveal melanoma have been completed or are in progress, and data from these well designed investigations will help guide future directions in this orphan disease. Cancer 2016122:2299-2312. © 2016 American Cancer Society.

Keywords: breast cancer 1-associated protein 1 (BAP1) choroidal melanoma diagnosis guanine nucleotide binding protein α11 (GNA11) guanine nucleotide-binding protein Q polypeptide (GNAQ) ocular melanoma review science treatment uveal melanoma.

© 2016 American Cancer Society.

Conflict of interest statement

Conflict of Interest: BE and SW are scientific committee members for the Uveal Melanoma TCGA. SP received research funding to conduct clinical trials and perform translational research in uveal melanoma. All other authors endorse no conflict of interest with the subject of this manuscript.


Materiais e métodos

Ethics

Estados Unidos.

The Institutional Review Board (IRB) from the Yale University Human Research Protection Program determined that the RT-qPCR testing and sequencing of de-identified remnant COVID-19 clinical samples conducted in this study is not research involving human patients (IRB Protocol ID: 2000028599).

Brazil.

Sample collection and genetic characterization were approved under the Brazilian National IRB (CONEP) CAAE 30101720.1.0000.0068.

South Africa.

We used de-identified remnant nasopharyngeal and oropharyngeal swab samples from patients testing positive for SARS-CoV-2 by RT-qPCR from public health and private medical diagnostics laboratories in South Africa. The project was approved by University of KwaZulu-Natal Biomedical Research Ethics Committee (protocol reference no. BREC/00001195/2020 project title: COVID-19 transmission and natural history in KwaZulu-Natal, South Africa: epidemiological investigation to guide prevention and clinical care). Individual participant consent was not required for the genomic surveillance. This requirement was waived by the research ethics committees.

The sample IDs displayed in S2 Data are not known outside the research groups and cannot be used to reidentify any subject.

Analysis of public SARS-CoV-2 genomes

All available SARS-CoV-2 data (402,899 genomes) were downloaded on January 22, 2021 from GISAID and evaluated for the presence of ORF1a Δ3675–3677 and spike Δ69–70. Phylogenetic analysis of a subset of 4,046 SARS-CoV-2 genomes was performed using Nextstrain [14], downsampled as shown using the “global build” on January 22, 2021 (https://nextstrain.org/ncov/global). A list of SARS-CoV-2 genomes used in the analysis is available in S1 Data.

Multiplex RT-qPCR with probes

A detailed protocol of our multiplexed RT-qPCR to screen for SARS-COV-2 B.1.1.7, B.1.351, and P.1 VOC can be found on protocols.io [17]. In brief, our multiplex RT-qPCR assay consists of the CDC N1 [15] and the newly designed ORF1a Δ3675–3677 and spike Δ69–70 primer–probe sets (S2 Table) We used the NEB Luna universal probe 1-Step RT-qPCR kit with 200 nM of N1 primers, 100 nM of N1 probe, 400 nM of the ORF1a and spike primers, 200 nM of ORF1a and spike probes, and 5 μL of nucleic acid in a total reaction volume of 20 μL. Thermocycler conditions were reverse transcription for 10 minutes at 55°C, initial denaturation for 1 minute at 95°C, followed by 40 cycles of 10 seconds at 95°C and 30 seconds at 55°C. During initial validation, we ran the PCR for 45 cycles. Differentiation between VOC is based on target failure of the ORF1a and/or spike primer–probe sets (S3 Table).

Limit of detection

We used Twist synthetic SARS-CoV-2 RNA controls 2 (GenBank ID: MN908947.3 GISAID ID: Wuhan-Hu-1) and control 14 (GenBank ID: EPI_ISL_710528 GISAID ID: England/205041766/2020) to determine the limit of detection of the screening RT-qPCR assay. We tested a 2-fold dilution series from 100 copies/μL to 1 copy/μL for both RNA controls in triplicate and confirmed that the lowest concentration that was detected in all 3 replicates by 20 additional replicates.

Validation and sequence confirmation

Estados Unidos.

We validated our approach using known SARS-CoV-2 positive clinical samples. Briefly, we extracted nucleic acid from 300 μL viral transport medium from nasopharyngeal swabs and eluted in 75 μL using the MagMAX viral/pathogen nucleic acid isolation kit (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, United States). Extracted nucleic acid was tested by our multiplexed RT-qPCR assay and then sequenced using the Illumina COVIDSeq Test RUO version for the NovaSeq (paired-end 150), or using a slightly modified ARTIC Network nCoV-2019 sequencing protocol for the Oxford Nanopore MinION [20,21]. These modifications include extending incubation periods of ligation reactions and including a bead-based clean-up step following dA-tailing. MinION sequencing runs were monitored using RAMPART [22]. Consensus sequences were generated using the ARTIC Network bioinformatics pipeline and lineages were assigned using Pangolin v.2.0 [23,24]. GISAID accession numbers for all SARS-CoV-2 genomes used to validate our approach are listed in S2 Data.

Brazil.

To validate the detection of the P.1 lineage, we selected 23 samples (16 P.1 and 7 others) that had been sequenced using the ARTIC protocol on the MinION sequencing platform, as previously described [12,25]. In brief, viral RNA was isolated from RT-PCR positive samples using QIAamp Viral RNA Mini kit (Qiagen, Hilden, Germany), following the manufacturer’s instructions. cDNA was synthesized with random hexamers and the Protoscript II First Strand cDNA synthesis Kit (New England Biolabs, Ipswich, MA, United States). Whole genome multiplex-PCR amplification was then conducted using the ARTIC network SARS-CoV-2 V3 primer scheme with the Q5 High-Fidelity DNA polymerase (New England Biolabs). Multiplex-PCR products were purified by using AmpureXP beads (Beckman Coulter, Brea, CA, United States), and quantification was carried out using the Qubit dsDNA High Sensitivity assay on the Qubit 3.0 (Life Technologies, Carlsbad, CA, United States). Samples were then normalized in an equimolar proportion of 10 ng per sample. After end repair and dA tailing, DNA fragments were barcoded using the EXP-NBD104 (1–12) and EXP-NBD114 (13–24) Native Barcoding Kits (Oxford Nanopore Technologies, Oxford, United Kingdom). Barcoded samples were pooled together and sequencing adapter ligation was performed using the SQK-LSK 109 Kit (Oxford Nanopore Technologies). Sequencing libraries were loaded onto an R9.4.1 flow-cell (Oxford NanoporeTechnologies) and sequenced using MinKNOW version 20.10.3 (Oxford Nanopore Technologies). We tested RNA from sequenced samples with the multiplex RT-qPCR as described above using the Applied Biosystems 7500 real-time PCR machine (Thermo Fisher Scientific) and a lowered threshold of Ct 30.

South Africa.

We extracted nucleic acid using the Chemagic 360 (PerkinElmer, Waltham, MA, United States). Briefly, 200 μl of viral transport medium from each swab sample was extracted and eluted in 100 μl using the Viral NA/gDNA kit. Complementary DNA (cDNA) synthesis, PCR, whole genome sequencing, and genome assembly was done as previously described in detail using the ARCTIC protocol [11,20]. Out of the sequenced samples, we selected 24 B.1.351 samples and 24 samples belonging to other lineages to validate the RT-qPCR assay. We adapted the protocol by using the TaqPath 1-Step multiplex master mix (Thermo Fisher Scientific) with 5 μl of extracted nucleic acid in a total reaction volume of 20 μl. Samples were amplified using the QuantStudio 7 Flex Real-Time PCR System using the following PCR conditions: Uracil-N-glycosylase (UNG) incubation for 2 minutes at 25°C, reverse transcription for 15 minutes at 50°C, polymerase activation for 2 minutes at 95°C, followed by 40 cycles of amplification at 95°C for 3 seconds and 55°C for 30 seconds.


Assista o vídeo: UnidadeIII - Príncipios Básicos da Experimentação (Dezembro 2021).