Bagaimana Epidemiologi Genomik melacak penyebaran COVID-19 secara lokal dan global?

Novel coronavirus menantang teknologi pengurutan genom dan pemrosesan data yang belum pernah ada sebelumnya.

Pada bulan Desember 2019, kasus baru pneumonia berat pertama kali terdeteksi di Wuhan, Cina, dan penyebabnya dipastikan adalah novel coronavirus beta terkait dengan coronavirus sindrom pernapasan akut (SARS) yang muncul dari reservoir kelelawar pada tahun 2002. Selama bulan pertama wabah, 2.641 kasus COVID-19 menyebabkan 1.832 rawat inap, 207 rawat inap intensif, dan 126 kematian. Penyakit Coronavirus 2019 (COVID-19), penyakit yang disebabkan oleh SARS-CoV-2, dinyatakan oleh Organisasi Kesehatan Dunia sebagai darurat kesehatan masyarakat yang menjadi perhatian internasional pada 30 Januari 2020, dan pandemi pada 11 Maret 2020. Covid 19 telah menciptakan penguncian di seluruh dunia, gangguan ekonomi dan sosial yang menyebabkan sektor kesehatan dikuasai.

Berbagai wabah menunjukkan bahwa strategi persiapan dan respons memerlukan modernisasi. Kemajuan modern dalam sekuensing DNA, genomik, epidemiologi, dan analisis data besar memberikan model baru untuk melacak jaringan transmisi simtomatik dan asimtomatik dan mengidentifikasi lokasi penyebaran dan populasi berisiko, sehingga memungkinkan kemampuan untuk menghentikan atau menunda transmisi virus untuk mengurangi sosial dan ekonomi gangguan dan mengurangi morbiditas dan mortalitas.

Sampel dan Data Epidemiologi

Ahli genetika telah mampu mengurutkan genom virus selama beberapa dekade, tetapi kemajuan terbaru dalam teknologi menyiratkan bahwa mereka sekarang dapat melakukannya dalam hitungan jam atau hari. Dengan cepat, para ilmuwan di seluruh dunia dapat membagikan apa yang mereka pelajari melalui jaringan sumber terbuka global yang dikenal sebagai Nextstrain. Kecepatan dan kolaborasi ini telah menjadi pengubah permainan, memungkinkan "epidemiologi genomik" ini digunakan secara real-time saat pandemi COVID-19 terungkap. Sebagian besar kekuatan epidemiologi genom berasal dari fakta bahwa sebagian besar virus membuat banyak kesalahan saat mereka menyalin genomnya, sehingga variasi dalam urutan - yaitu, mutasi baru - relatif sering muncul. Itu terutama berlaku untuk virus yang menggunakan RNA sebagai bahan genetiknya, seperti halnya virus corona. Sangat sedikit dari mutasi ini yang memengaruhi cara kerja virus - sebagian besar tidak memiliki konsekuensi yang jelas sama sekali - tetapi para peneliti dapat menggunakannya sebagai penanda untuk membuat silsilah keluarga virus dan untuk melihat di mana virus telah berubah dari waktu ke waktu dan bagaimana perkembangannya dari waktu ke waktu. lokal ke lokal.

Di awal wabah COVID-19, para peneliti di seluruh dunia mulai mengurutkan virus yang diuji dari pasien dan membangun silsilah keluarga virus di Nextstrain. Hampir seketika, mereka dapat melihat bahwa pohon itu pendek - urutan virus belum memperoleh banyak mutasi yang berbeda, yang berarti bahwa virus corona baru, SARS-CoV-2, belum lama menginfeksi manusia. Selain itu, pohon tersebut memiliki satu batang, yang menunjukkan bahwa setiap virus yang menginfeksi manusia kemungkinan besar turun dari satu kasus pada awal Desember 2019. Mutabilitas genetik virus SARS Cov-2 juga berarti bahwa ahli epidemiologi dapat menggunakan variasi genom ini untuk melacak kecepatan virus selama epidemi. Itu karena sebagian besar mutasi pada dasarnya acak, sehingga setiap cabang pohon virus cenderung memiliki serangkaian mutasi uniknya sendiri. Jika virus seseorang mengandung mutasi A, B, dan C, misalnya, orang tersebut dapat tertular dari seseorang yang virusnya membawa A dan B atau A dan C, tetapi bukan dari seseorang yang virusnya mengandung A, B, C, dan D .

Mengikuti Jejak Genetik

Di awal pandemi saat ini, Nextstrain mencatat keberadaan genom virus korona yang identik atau hampir identik dari orang-orang di negara-negara seluas Kanada, Australia, dan Inggris. Genomnya sangat mirip sehingga para ilmuwan menyimpulkan bahwa mereka pasti berbagi sumber yang sama. Bendera merah itu memicu interogasi lebih lanjut, yang mengungkapkan bahwa semua orang sakit baru-baru ini melakukan perjalanan ke Iran. Untuk virus Covid-19, setiap garis keturunan virus mengakumulasi sekitar 30 mutasi baru per tahun, yang menghasilkan sekitar satu mutasi baru per dua mata rantai dalam rantai transmisi. Akibatnya, urutan genom virus yang sama dapat ditemukan pada berbagai orang, sehingga pelacak genom dapat mempersempit penularan menjadi hanya segelintir orang yang dicurigai. Ketidakpastian tambahan berasal dari fakta bahwa para peneliti mungkin tidak dapat mengurutkan virus dari setiap individu yang terinfeksi dalam pandemi yang meluas.

Pohon Keluarga Viral

Genom bisa sangat bagus dalam menjawab pertanyaan utama kesehatan masyarakat di awal epidemi: Apakah infeksi baru di suatu tempat diimpor oleh pelancong, atau apakah mereka tumbuh di dalam negeri? Yang terakhir - akibat dari virus yang beredar di masyarakat - akan menciptakan kebutuhan akan tindakan jarak sosial yang sekarang sudah tidak asing lagi bagi banyak dari kita.

Pada akhir Februari, misalnya, pengurut menemukan pasien di Jerman dan Italia yang berbagi mutasi virus tidak biasa yang sama. Karena pasien Jerman lebih cepat sakit, beberapa peneliti berpendapat bahwa virus telah menyebar dari Jerman ke Italia. Namun pada kenyataannya, pasien Jerman dan Italia dapat tertular virus dari orang ketiga, namun misterius, yang virusnya tidak diurutkan. Namun, keterbatasan ini tidak menghalangi epidemiologi genom untuk memainkan peran kunci dalam pandemi COVID-19. Pendekatan tersebut telah membantu pejabat kesehatan masyarakat mengidentifikasi patogen, melacak perjalanannya, dan segera mengenali penyebaran komunitas. Dan di bulan-bulan mendatang, metode tersebut mungkin memiliki lebih banyak kontribusi. Salah satu kontribusi kemungkinan datang dari studi jangka panjang di mana mutasi jatuh dalam genom. Ingat, sebagian besar perubahan genetik membuat sedikit atau tidak ada perbedaan pada virus: Mereka "netral", dalam bahasa ahli biologi evolusi. Tapi mutasi yang mengubah bentuk protein kunci, seperti protein lonjakan pada permukaan virus yang berikatan dengan reseptor di sel kita, lebih mungkin menjadi masalah.

Dengan menggunakan remah roti genom untuk melacak penularan virus, ahli epidemiologi berharap dapat mengenali aktivitas mana yang paling mungkin menyebarkan virus. Komunitas sains berfokus untuk menemukan sebanyak mungkin data genomik. Langkah selanjutnya mungkin menemukan hubungan antara urutan genom SARS-CoV-2 dan sifat virusnya. Ini dapat membantu para ilmuwan memahami apakah mutasi tertentu menyebabkan infeksi yang lebih parah atau serangkaian gejala.