Diseño de dos flujos bioinformáticos para la obtención de oligonucleótidos aplicados a un sistema de detección simultánea de virus respiratorios
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2025-05
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Resumen
En Colombia, las infecciones respiratorias agudas (IRA) son responsables de una alta mortalidad, especialmente en menores de cinco años, y los virus son unos de sus principales agentes causantes. Estas infecciones son altamente contagiosas, por lo que su detección temprana es importante para su control y tratamiento. La qPCR es una técnica costo-efectiva para identificar diversos virus respiratorios y un paso clave en su implementación es el diseño adecuado de oligonucleótidos. El objetivo del presente trabajo fue diseñar y desarrollar dos protocolos bioinformáticos para el diseño de oligonucleótidos para detección simultánea de virus respiratorios por qPCR. Se realizó la revisión bibliográfica y la obtención de secuencias de genes blanco a partir de las bases de datos de nucleótidos de NCBI y NCBI Virus. Con estas secuencias se construyó un repositorio local. Los pasos generales del procesamiento de los datos incluyeron 1) Alineamiento múltiple. 2) Edición de alineamientos, 3) remoción de secuencias idénticas. 4) Diseño de oligonucleótidos. 5) Selección del set más específico. A partir de estos pasos, se desarrollaron dos métodos para la obtención de los resultados. El primero consistió en el uso de diferentes programas bioinformáticos de manera independiente mientras que el segundo se construyó una herramienta computacional que además de utilizar los algoritmos de programas usados para realizar algunos de los pasos del procesamiento de forma automática, también llevaría a cabo procesos que comúnmente eran realizados de forma manual por medio de un algoritmo nuevo. Finalmente, se evaluaron los oligonucleótidos obtenidos por medio de los dos protocolos con base a los valores obtenidos asociados a las características de las secuencias generadas y del mismo modo, se evaluaron los protocolos en cuanto a la eficiencia de las metodologías implementadas midiendo tiempos de ejecución. Al desarrollar los dos protocolos se obtuvieron dos sets de oligonucleótidos para cada virus que cumplían con las características requeridas para ser usadas en un ensayo de qPCR, se determinó que a comparación del primer protocolo, aquel que automatizaba el procesamiento tuvo un rendimiento superior ya que tardó 8 minutos en promedio para obtener los resultados deseados, esto fue mucho más eficiente en comparación con el primer protocolo el cual contenía pasos que podían durar más de 24 horas dependiendo de la cantidad de secuencias procesadas de forma manual. Se concluyó que para llevar a cabo un correcto diseño de oligonucleótidos es necesario contar con información actual sobre la detección del virus y realizar un procesamiento de datos extenso que al hacerse con ayuda de herramientas bioinformáticas aprovecha programas y algoritmos avanzados que permiten generar resultados fácilmente y de forma rápida. Por último, la herramienta desarrollada, la cual cumplió con el diseño automatizado de oligonucleótidos puede ser mejorada a futuro para utilizarse en otras aplicaciones dentro del diseño de ensayos en biología molecular.
Descripción
Abstract
In Colombia, acute respiratory infections (ARIs) are a major cause of mortality, particularly among children under five years old, with viruses being some of the main causative agents. These infections are highly contagious, making early detection crucial for effective control and treatment. Quantitative PCR (qPCR) is a cost-effective technique for identifying a variety of respiratory viruses, and one of the key steps in its implementation is the proper design of oligonucleotides. The objective of this study was to design and develop two bioinformatics protocols for the design of oligonucleotides for the simultaneous detection of respiratory viruses using qPCR. A literature review was conducted, and target gene sequences were obtained from the NCBI Nucleotide and NCBI Virus databases to create a local repository. The general data processing steps included multiple sequence alignment, alignment editing, removal of identical sequences, oligonucleotide design, and selection of the most specific set. From these steps, two methods were developed to obtain the final results: the first used different bioinformatics programs independently, while the second involved the development of a computational tool that not only automated the execution of several steps using existing program algorithms but also implemented a new algorithm to perform processes that are traditionally carried out manually. The oligonucleotides generated through both protocols were evaluated based on sequence characteristics, and the protocols themselves were assessed for efficiency by measuring execution times. As a result, two sets of oligonucleotides were obtained for each virus, meeting the necessary criteria for use in a qPCR assay. The automated protocol demonstrated superior performance, taking an average of 8 minutes to produce results, in contrast to the first protocol, which included manual steps that could take more than 24 hours depending on the number of sequences processed. The study concluded that successful oligonucleotide design requires up-to-date information on virus detection and extensive data processing, which can be greatly enhanced through the use of bioinformatics tools that leverage advanced algorithms and software to produce accurate and timely results. Finally, the developed tool, which achieved automated oligonucleotide design, has the potential to be further improved and adapted for use in other applications within the field of molecular biology assay design.
Palabras clave
Bioinformática, Flujo de trabajo, Oligonucleótidos, Virus, RT-qPCR
Keywords
Bioinformatics, Workflow, Oligonucleotides, Virus, RT-qPCR