Realistic quantitative models of protein and viral evolution

Fred Hutchinson Cancer Research Center, Seattle WA

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

PROJECT SUMMARY / ABSTRACT    The evolution of proteins underpins a wide range of fundamentally important biological  processes, including the adaptation of viruses that are relevant to human health. Over the last  few decades, a combination of experimental and observational approaches has provided a great  deal of qualitative understanding into protein evolution. The goal of the proposed research is to  use this understanding to guide the construction of quantitative models of protein evolution that  are informed by experiments. Such models are essential to leverage burgeoning new sources of  experimental data on protein and virus evolution. The proposed research centers on four  interconnected goals: (1) Quantify the extent that experimental measurements of the effects of  single and double mutations can be generalized to an evolutionarily relevant span of protein  homologs or viral strains. (2) Develop statistical techniques to assess the adequacy of  experiments for describing actual natural selection, including when these experiments measure  epistatic interactions. (3) Devise high-­??throughput experiments to identify mutations that enable  influenza virus to adapt to new hosts, and use the resulting measurements to score the  pandemic risk posed by viral strains. (4) Relate the evolution of influenza virus within single  infected humans to the constraints and selection on the virus?s long-­??term evolution at a global  scale. All four of these goals leverage new types of data to inform better analyses of evolution in  nature. The resulting insights and methods will advance basic evolutionary biology, and will be  directly relevant to the study of biomedically important viruses such as influenza.