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Análise de similaridade genômica entre diferentes coronavírus: a contribuição dos métodos K-mer e natural vector

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Resumo

Estudos envolvendo métodos de alinhamento de sequências genômicas existem desde a década de 70. Entretanto, o processo para alinhar essas sequências ainda é relativamente demorado e requer computadores mais potentes, tanto para análise com genomas virais quanto principalmente com genomas de bactérias. Nesse sentido, os métodos livres de alinhamento conseguem superar essa questão alcançando a mesma precisão com um tempo de análise consideravelmente menor. Nesta tese, foram realizados estudos considerando dois métodos livres de alinhamento, um baseado em k-mer e o outro, o Natural Vector, na classificação de genomas virais. O método k-mer manteve a precisão e obteve um tempo menor de análise, conseguindo separar corretamente os grupos correspondentes às variantes e linhagens das sequências do SARS-CoV-2, em comparação com o método tradicional de alinhamento. O método Natural Vector classificou corretamente diferentes espécies de coronavírus também levando em conta menos tempo. Como cada método se mostrou preciso e o tempo de análise foi um ponto fundamental, verifica-se que ambos se complementam na classificação de novos vírus: o Natural Vector identifica corretamente a espécie de coronavírus em estudo, enquanto o k-mer agrupa os vírus dentro das espécies de forma concisa. A classificação rápida das sequências de coronavírus é de suma importância para o controle de epidemias, especialmente em época de surtos virais, pois nessas situações o tempo de análise é crucial.

Abstract

Studies involving genomic sequence alignment methods have existed since the 1970s. However, the process of aligning these sequences remains relatively time-consuming and requires more powerful computers, both for analysis with viral genomes and particularly with bacterial genomes. In this regard, alignment-free methods can overcome this issue by achieving the same level of accuracy with significantly reduced analysis time. This thesis conducted studies considering two alignment-free methods, one based on k-mer and the other, Natural Vector, in viral genome classification. The k-mer method maintained precision and achieved a shorter analysis time, accurately segregating the groups corresponding to variants and lineages of SARS-CoV-2 sequences compared to the traditional alignment method. The Natural Vector method accurately classified different species of coronaviruses while also considering less time. As each method demonstrated precision and analysis time was a critical factor, it is evident that both methods complement each other in classifying new viruses: Natural Vector correctly identifies the species of coronavirus under study, while k-mer succinctly groups the viruses within the species. Swift classification of coronavirus sequences is paramount for epidemic control, especially during viral outbreaks, as analysis time is crucial in such scenarios.

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PAIVA, D. de A. Análise de similaridade genômica entre diferentes coronavírus: a contribuição dos métodos K-mer e natural vector. 2024. 65 p. Tese (Doutorado em Estatística e Experimentação Agropecuária) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2024.

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