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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-2332-0886
Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2025-11-30
Title: Desenvolvimento de uma plataforma biofotônica acoplada em algoritmos de inteligência artificial para detecção salivar do vírus chikungunya
Alternate title (s): Development of a biophonic platform coupled in artificial intelligence algorithms for salivary detection of chikungunya virus
Author: Vega, Marco Fidel Guevara
First Advisor: Silva, Robinson Sabino
First member of the Committee: Fernandes, Elizabeth Soares
Second member of the Committee: Aguiar, Emília Maria Gomes
Third member of the Committee: Monte Neto, Rubens Lima do
Fourth member of the Committee: Santos, Fabiana de Almeida Araújo
Summary: O vírus Chikungunya (CHIKV) faz parte do gênero Alphavirus, pertencente à família Togaviridae. É uma arbovirose cujo agente etiológico é transmitido através da picada de fêmeas infectadas do gênero Aedes, como o Aedes aegypti e o Aedes albopictus. O primeiro surto documentado do CHIKV ocorreu na Tanzânia entre 1952 e 1953, causando uma doença febril acompanhada de dores articulares. Em 2013, o CHIKV foi introduzido no continente americano, desencadeando uma epidemia significativa em vários países da América Central e nas ilhas do Caribe. No Brasil, a circulação do vírus foi identificada pela primeira vez nos estados do Amapá e Bahia em 2014. Atualmente, todos os estados do país relatam a transmissão desse arbovírus. Além dos fluídos tradicionalmente utilizados para diagnóstico em humanos, como soro e plasma, já foi comprovada a presença do CHIKV em outros fluídos corporais, incluindo secreções genitais. Neste sentido, a saliva emerge como um biofluido promissor que permite auto-coleta não-invasiva e rico em potenciais biomarcadores de doenças, permitindo abordagens de detecção que abrangem desde alterações em proteínas, lipídeos, DNA, RNA, carbohidratos, metabólitos e eletrólitos. No entanto, as pesquisas relacionadas ao diagnóstico do CHIKV na saliva ainda são limitadas. Esta tese é composta por dois capítulos que se concentram ao desenvolvimento de uma plataforma baseada na tecnologia ATR-FTIR associada a algoritmos de aprendizado de máquina, para detectar a infecção causada pelo CHIKV em amostras de saliva. No primeiro capítulo o estudo teve como objetivo identificar assinaturas específicas do perfil infravermelho salivar para detectar a infecção por CHIKV em um modelo animal murino para detecção destaa doença emergente usando análise multivariada e algoritmos de aprendizado de máquina. Para isto, camundongos C57/BL6 knockout do gene interferon-gama foram inoculados intradermicamente com CHIKV (20 µl, 1 x 105 PFU/ml, n=6) ou veículo (20 µl, n=7). Amostras de saliva e soro foram coletadas no dia 3 (devido ao pico da viremia). A infecção pelo CHIKV foi confirmada por PCR em tempo real no soro de camundongos infectados pelo CHIKV. A melhor análise preditiva foi utilizando o algoritmo Support Vector Machine (SVM) que apresentou acurácia de 85%, sensibilidade de 83% e especificidade de 86%. No segundo capítulo, o estudo teve como objetivo investigar a acurácia da ATR-FTIR para detectar CHIKV diluído em diferentes concentrações na saliva humana. Por tanto, os modelos de algoritmos foram aplicados para diferenciar 6 concentrações de CHIKV na saliva em comparação com saliva não infectada. Neste trabalho, o modelo de algoritmo AdaBoost apresentou uma acurácia de 83% (sensibilidade: 83%, especificidade: 83%) para a maior concentração 4X104 PFU/mL. Para a segunda concentração 4X103 PFU/mL, a acurácia foi de 75% (sensibilidade: 66%, especificidade: 83%), sendo esta concentração é similar a detecção clínica no diagnóstico do CHIKV na saliva. Nossos resultados demonstraram que essa plataforma biofotônica sustentável utilizando espectros infravermelho da saliva, acoplado com algoritmos de inteligência artificial, apresenta grande potencial para detectar a infecção do CHIKV em amostras de saliva.
Abstract: Chikungunya virus (CHIKV) is in the Alphavirus genus of the Togaviridae family. It is an arbovirus whose etiological agent is transmitted through the bite of infected females of the Aedes genus, such as Aedes aegypti and Aedes albopictus. The first documented outbreak of CHIKV occurred in Tanzania between 1952 and 1953, causing a febrile illness accompanied by joint pain. In 2013, CHIKV was introduced to the American continent, triggering a significant epidemic in several Central American countries and the Caribbean islands. In Brazil, the circulation of the virus was first identified in the states of Amapá and Bahia in 2014. Currently, all states in the country report the transmission of this arbovirus. In addition to fluids traditionally used for diagnosis in humans, such as serum and plasma, the presence of CHIKV in other body fluids, including genital secretions, has already been proven. In this sense, saliva emerges as a promising biofluid rich in biological markers, allowing approaches that range from changes in biochemical products to DNA, RNA, and proteins. However, research related to the diagnosis of CHIKV in saliva is still limited. This thesis consists of two chapters that focus on the development of a platform based on ATR FTIR technology, associated with machine learning algorithms, to detect infection caused by CHIKV in saliva samples. In the first chapter, the study aimed to identify specific salivary infrared profile signatures to detect CHIKV infection in a murine animal model, which is suitable for discriminating this emerging disease using multivariate analysis and machine learning algorithms. Thus, interferon-gamma gene knockout C57/BL6 mice were inoculated intradermally with CHIKV (20 µl, 1 x 105 PFU/ml, n=6) or vehicle (20 µl, n=7). Saliva and serum samples were collected on day 3 (due to peak viremia). CHIKV infection was confirmed by real-time PCR in serum from CHIKV-infected mice. The best predictive analysis was using the support vector machine (SVM) algorithm, which presented an accuracy of 85%, sensitivity of 83% and specificity of 86%. In the second chapter, the study aimed to investigate the accuracy of ATR-FTIR to detect CHIKV diluted in different concentrations in human saliva. Therefore, algorithm models were applied to differentiate 6 concentrations of CHIKV in saliva compared to uninfected saliva. Here, the AdaBoost algorithm model showed an accuracy of 83% (sensitivity: 83%, specificity: 83%) for the highest concentration of 4X104 PFU/mL For the second concentration 4X103 PFU/mL, the accuracy was 75% (sensitivity: 66%, specificity: 83%), this concentration being similar to that already reported in a diagnostic study of the virus in saliva. Our results demonstrated that this sustainable biophotonic platform using infrared spectra of saliva, coupled with artificial intelligence algorithms, could detect CHIKV infection in saliva samples.
Keywords: ATR-FTIR
Algoritmos de aprendizado de máquina
Vírus Chikungunya
Diagnóstico salivar
Chikungunya virus
Salivary diagnosis
Machine learning algorithms
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA
Subject: Imunologia
Chikungunya
Células - Mecanismos de controle
Tecidos (Anatomia e fisiologia) - Cultura e meios de cultura
Partículas
Saliva - Microbiologia
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Imunologia e Parasitologia Aplicadas
Quote: VEGA, Marco Fidel Guevara. Desenvolvimento de uma plataforma biofotônica acoplada em algoritmos de inteligência artificial para detecção salivar do vírus chikungunya. 2023. 90 f. Tese (Doutorado em Imunologia e Parasitologia Aplicada) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.597.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.597
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/39605
Date of defense: 28-Nov-2023
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:TESE - Imunologia e Parasitologia Aplicadas

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