Desde o início da pandemia da síndrome respiratória aguda grave do coronavírus 2 (SARS-CoV-2), que está varrendo o mundo todo, os cientistas têm sequenciado o genoma do RNA do vírus.
O genoma do vírus passou por inúmeras e frequentes mudanças, que levaram primeiro a uma e depois a outra cepa viral se tornando dominante em alguns países e agora no mundo todo. Um novo estudo publicado no servidor de pré-impressão bioRxiv * descreve os resultados do sequenciamento genômico do vírus, que pode ajudar a rastrear as rotas de transmissão do vírus de pessoa para pessoa e de país para país.
Resultados da sequenciação inicial demonstrou que o genoma viral foi muito semelhante ao outro dois SARS como coronavus originalmente derivadas de bastões, ou seja, RaTG13 e RmYN02, tanto a partir de Yunnan província da China. Rastrear a descida do SARS-CoV-2 confirmou sua identidade próxima com esses vírus e também mostrou que ele era diferente dos coronavírus anteriores, do coronavírus da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV) e do coronavírus da síndrome respiratória do Oriente Médio (MERS-CoV ) Alguns cientistas acham que o vírus atual pode ser descendente de uma das variantes do morcego por meio de um hospedeiro intermediário.
O estudo atual se concentrou em mais de 4.000 sequências completas do genoma viral recuperado do banco de dados EpiFlu da Iniciativa Global para Compartilhamento de Todos os Dados da Influenza (GISAID), em sua maior parte. No entanto, 11 vieram de um banco de dados chinês. As sequências foram enviadas ao longo de 14 semanas desde o início do surto de Wuhan. Os pesquisadores analisaram as mutações para caracterizar os genótipos.
Eles também analisaram outros ~ 2,61.000 genomas coletados globalmente ao longo dos 12 meses desde o início da pandemia. Isso inclui todos os genomas do banco de dados.
Os superespalhadores introduziram genótipos distintos
Os pesquisadores foram capazes de identificar genótipos distintos com base em quão comuns eram certas mutações. Isso ajudou a rastrear os superespalhadores, já que eles moldaram a pandemia em grande medida. Esses indivíduos transmitiram genótipos específicos com certas mutações altamente prevalentes. Uma única introdução de tais genótipos levou a um surto de infecção, aumentando a evolução com a disseminação.
Entre essas sequências genômicas superespalhadoras, a variante do tipo M foi responsável por mais de 80% das sequências no estudo. A partir de suas estimativas da taxa esperada de substituições no genoma, os pesquisadores concluem que isso pode ser chamado de verdadeiro efeito fundador, em vez de ser devido a muitos genomas idênticos de superespalhamento.
Seis genótipos descendentes
Eles encontraram seis genótipos descendentes diretamente derivados da linhagem ancestral por meio de mutações características. O genótipo mais prevalente entre eles foi o tipo WE1, definido por quatro mutações. Três das quatro mutações definidoras da cepa WE1 foram encontradas em três primeiras amostras coletadas em janeiro de 2020. Entre os genomas WE1, 70% vieram da Europa Ocidental (Reino Unido, Islândia, Bélgica, França e Holanda, talvez pelo tráfego através do fronteiras. Também representou cerca de 35% dos casos nos EUA.
O tipo SEA é o mais comum nos EUA, entretanto, mas foi isolado de três outros países, a saber, Austrália, Canadá e Islândia, indicando que casos dos EUA foram importados para lá. Isso também é chamado de clado de surto do Estado de Washington. Os outros quatro genótipos descendentes foram confinados regionalmente.
Olhando para as mutações das cepas infecciosas em quatro áreas, os pesquisadores concluíram que o tipo M se espalhou de Wuhan para outras regiões da China antes do bloqueio de Wuhan. O exame de 34 sequências de casos iniciais de Wuhan mostrou dois grupos, 30 pertencentes ao tipo M, mas com grande diversidade. Os quatro restantes formaram outro cluster co-circulante. Assim, neste estágio inicial, havia 18 genótipos diferentes entre as 34 sequências.
Nos EUA, as cepas prevalentes pertenciam aos tipos não M, provavelmente de 12 casos importados da província de Hubei. Na verdade, esses foram os primeiros casos relatados nos Estados Unidos, com cada um apresentando um genótipo distinto.
Metade dos casos dos EUA eram do tipo SEA, enquanto ~ 35% eram WE1. Isso indica que os EUA “ suportaram a primeira onda de importação de caixas da China e a segunda onda da Europa, o que é consistente com o recente estudo COVID-19 do Estado de Washington ”. Entre os 32 pacientes nos dois navios de cruzeiro, o Grand Princess e o Diamond Princess , havia 25 genótipos diferentes. Isso indica que o vírus sofre mutações rápida e extensamente durante a transmissão de pessoa para pessoa.
Algoritmo de tensão de origem mais preciso
Os pesquisadores desenvolveram um algoritmo Strain of Origin (SOO) para combinar cada genótipo com seu genoma por perfil mutacional. Quando comparado com o agrupamento de mutações, esta abordagem mostrou uma concordância de 90%. “ SOO representa uma abordagem mais precisa para definir genótipos, pois leva em consideração apenas as mutações específicas dos genótipos particulares com pouca influência das mutações aleatórias restantes .”
Usando a mesma abordagem, eles descobriram que três dos quatro principais clades de GISAID eram descendentes de WE1. Eles estimaram que um dos três nucleotídeos do RNA viral sofreu mutação ao longo dos 12 meses da pandemia.
A história da pandemia
Eles analisaram as 100 principais mutações e geraram um gráfico de linhagem baseado em linhagem. Esta história começa com um suposto primeiro caso, supostamente de um paciente com um genótipo ancestral da SARS-CoV-2, e postulado para estar presente em 17 de novembro de 2019. Isso levou a mais infecções. Em 1º de janeiro de 2020, o mercado de Huanan foi bloqueado e 19 amostras de genoma do tipo M foram documentadas.
No entanto, o tipo M já estava incubando no mercado há semanas, o que representa a grande maioria dos genomas pertencentes ao tipo M neste momento. Com a expansão do surto para a cidade de Wuhan em geral, a cidade foi bloqueada em 23 de janeiro de 2020, com 80% dos genomas virais sendo do tipo M. No entanto, o Festival da Primavera já havia causado muitas viagens de ida e volta para Wuhan, levando aos chineses e, em seguida, ao surto global de COVID-19.
Em 7 de abril de 2020, mais de 80% dos casos em todo o mundo eram do tipo M, mas em setembro, 70% pertenciam ao WE1, em três clados, a saber, GR, G e GH. O aumento no tipo M continuou, constituindo ~ 98% dos casos até 25 de dezembro, com quase 90% sendo causados por cepas WE1.
A importância do estudo
Os pesquisadores concluíram que, começando com um único incidente de superespalhamento, o tipo M explodiu em todo o mundo, após algumas semanas iniciais, quando passou sem ser reconhecido e controlado. O tipo M adquiriu duas mutações simultâneas primeiro, com outras quatro mutações definidoras que levaram ao surgimento das cepas WE1 e, finalmente, outras três que levaram à cepa WE1.1. A taxa de evolução viral, em ~ 27 substituições por ano, não é incomum, mas o mecanismo ainda não está claro.
Das duas novas cepas mutantes que estão atraindo muita atenção, a saber, a mutação pontual D614G e a mutação N501Y no domínio de ligação ao receptor, ambas na proteína spike , são consideradas altamente transmissíveis em comparação com a cepa ancestral. O primeiro foi documentado pela primeira vez na Europa Ocidental em fevereiro de 2020 e agora compõe ~ 90% das cepas, enquanto o último foi encontrado pela primeira vez na cidade de Nova York em 21 de abril de 2020 e representa apenas 0,02% dos casos.
Os pesquisadores alertam que este estudo não permite que mutações neutras sejam distinguidas de mutações adaptativas. No entanto, dizem eles, os genótipos desse vírus servem como identificadores únicos, ajudando a rastrear o padrão de transmissão do vírus e revelar seu padrão de expansão para a frente. Eles ressaltam que seu algoritmo pode ajudar a correlacionar o genoma viral ao genótipo, se conhecido, com muita precisão, alinhando-se com seu perfil de mutação. Novos genótipos também podem ser incorporados à medida que surgem para melhorar ainda mais seu desempenho.
O sequenciamento genômico em grande escala pode, portanto, ser muito útil no rastreamento de tais padrões em um surto causado por um novo patógeno, ajudando a desenvolver contra-medidas rápidas para contê-lo nas áreas mais afetadas.
- Chen, Y. et al. (2021). Mutações e linhagens distintas do vírus SARS-CoV-2 na fase inicial da pandemia de COVID-19 e subsequente expansão global. pré-impressão bioRxiv . doi: https://doi.org/10.1101/2021.01.05.425339 , https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.01.05.425339v2
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