Como a Epidemiologia Genômica está rastreando a disseminação do COVID-19 local e globalmente?

O novo coronavírus está desafiando a tecnologia de sequenciamento de genoma e o processamento de dados como nunca antes.

Em dezembro de 2019, novos casos de pneumonia grave foram detectados pela primeira vez em Wuhan, China, e a causa foi decidida a ser um novo coronavírus beta relacionado ao coronavírus da síndrome respiratória aguda grave (SARS) que emergiu de um reservatório de morcego em 2002. No primeiro mês do surto, 2.641 casos de COVID-19 levaram a 1.832 internações hospitalares, 207 internações em terapia intensiva e 126 mortes. A doença de coronavírus 2019 (COVID-19), a doença causada pelo SARS-CoV-2, foi declarada pela Organização Mundial da Saúde uma emergência de saúde pública de interesse internacional em 30 de janeiro de 2020 e uma pandemia em 11 de março de 2020. Covid 19 criou bloqueios em todo o mundo, distúrbios econômicos e sociais que levaram à superação do setor de saúde.

Vários surtos sugerem que as estratégias de preparação e resposta precisam de modernização. Avanços modernos em sequenciamento de DNA, genômica, epidemiologia e análises de big data fornecem novos modelos para rastrear redes de transmissão sintomáticas e assintomáticas e identificar locais de disseminação e populações em risco, permitindo assim a capacidade de interromper ou retardar a transmissão do vírus para diminuir as relações sociais e econômicas. distúrbios e reduzir a morbidade e mortalidade.

Amostras e Dados Epidemiológicos

Os geneticistas conseguem sequenciar genomas virais há décadas, mas os mais recentes avanços na tecnologia implicam que agora podem fazê-lo em questão de horas ou dias. Com a mesma rapidez, cientistas de todo o mundo podem compartilhar o que aprendem por meio de uma rede global de código aberto conhecida como Nextstrain. Essa velocidade e colaboração mudaram o jogo, permitindo que essa "epidemiologia genômica" seja usada em tempo real à medida que a pandemia do COVID-19 se desenrola. Grande parte do poder da epidemiologia genômica deriva do fato de que a maioria dos vírus comete muitos erros ao copiar seus genomas, de modo que variações na sequência - ou seja, novas mutações - aparecem com relativa frequência. Isso é particularmente verdadeiro para vírus que usam RNA como material genético, como os coronavírus. Muito poucas dessas mutações influenciam como o vírus age - a maioria não tem nenhuma consequência aparente - mas os pesquisadores podem usá-las como marcadores para fazer uma árvore genealógica do vírus e ver como o vírus mudou ao longo do tempo e como ele se estendeu de localidade para localidade.

No início do surto de COVID-19, pesquisadores de todo o mundo começaram a sequenciar vírus testados em pacientes e construir uma árvore genealógica do vírus no Nextstrain. Quase instantaneamente, eles puderam ver que a árvore era curta - as sequências de vírus ainda não haviam adquirido muitas mutações distintas, o que significa que o novo coronavírus, SARS-CoV-2, não infectava humanos há muito tempo. Além disso, a árvore tinha um único tronco, indicando que todos os vírus que infectam humanos provavelmente caíram de um único caso no início de dezembro de 2019. A mutabilidade genética do vírus SARS Cov-2 também significa que os epidemiologistas podem usar essas variações em seu genoma para rastrear a velocidade de o vírus durante uma epidemia. Isso ocorre porque a maioria das mutações é essencialmente aleatória, portanto, cada ramo da árvore de vírus provavelmente terá seu próprio conjunto exclusivo de mutações. Se o vírus de uma pessoa contém as mutações A, B e C, por exemplo, essa pessoa pode tê-lo contraído de alguém cujo vírus carrega A e B ou A e C, mas não de alguém cujo vírus tenha A, B, C e D .

Seguindo a trilha genética

No início da atual pandemia, a Nextstrain registrou a presença de genomas de coronavírus idênticos ou quase idênticos de pessoas em países tão espaçados como Canadá, Austrália e Reino Unido. Os genomas eram tão parecidos que os cientistas concluíram que eles devem ter compartilhado uma fonte comum. Essa bandeira vermelha levou a mais interrogatórios, que revelaram que todos os doentes haviam viajado recentemente para o Irã. Para o vírus Covid-19, cada linhagem viral acumula cerca de 30 novas mutações por ano, o que equivale a cerca de uma nova mutação por dois elos na cadeia de transmissão. Como resultado, a mesma sequência do genoma viral pode ser encontrada em várias pessoas, de modo que os rastreadores de genoma podem restringir a transmissão a apenas um punhado de suspeitos. Incerteza adicional vem do fato de que os pesquisadores provavelmente não podem sequenciar vírus de todos os indivíduos infectados em uma pandemia generalizada.

Árvore genealógica viral

Os genomas podem ser muito bons para responder a uma questão-chave de saúde pública no início de uma epidemia: as novas infecções em uma determinada localidade são importadas por viajantes ou são criadas internamente? Este último - o resultado do vírus circulando na comunidade - criaria a necessidade das medidas de distanciamento social agora familiares a tantos de nós.

No final de fevereiro, por exemplo, sequenciadores encontraram pacientes na Alemanha e na Itália que compartilhavam a mesma mutação viral incomum. Como o paciente alemão adoeceu mais cedo, alguns pesquisadores sugeriram que o vírus havia se espalhado da Alemanha para a Itália. Na realidade, porém, tanto os pacientes alemães quanto os italianos poderiam ter contraído o vírus de uma terceira pessoa, mas misteriosa, cujo vírus não foi sequenciado. Ainda assim, essas limitações não impediram que a epidemiologia genômica desempenhasse um papel fundamental na pandemia de COVID-19. A abordagem ajudou as autoridades de saúde pública a identificar o patógeno, rastrear suas viagens e reconhecer a disseminação da comunidade prontamente. E nos próximos meses, o método pode ter mais a contribuir. Uma contribuição provavelmente virá de estudos de longo prazo sobre onde as mutações caem no genoma. A maioria das mudanças genéticas, lembre-se, faz pouca ou nenhuma diferença para o vírus: elas são "neutras", no jargão dos biólogos evolucionários. Mas as mutações que alteram a forma de proteínas-chave, como a proteína spike na superfície do vírus que se liga a receptores em nossas células, são mais propensas a importar.

Ao usar migalhas de pão genômicas para rastrear a transmissão do vírus, os epidemiologistas esperam reconhecer quais atividades têm maior probabilidade de espalhar o vírus. A comunidade científica está focada em encontrar o máximo de dados genômicos possível. O próximo passo pode ser descobrir ligações entre as sequências genômicas do SARS-CoV-2 e suas propriedades virais. Isso pode ajudar os cientistas a entender se uma mutação específica leva a uma infecção mais grave ou a um conjunto de sintomas.