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Tipo: Dissertação
Título: Vigilância genômica de sars-cov-2 na cidade de Fortaleza: caracterização de variantes e fortalecimento do monitoramento epidemiológico
Título em inglês: Genomic Surveillance of SARS-CoV-2 in the city of Fortaleza: Variant Characterization and Strengthening of Epidemiological Monitoring
Autor(es): Costa, Thaís de Oliveira
Orientador: Miyajima, Fabio
Palavras-chave em português: COVID-19;Sequenciamento de Nucleotídeos em Larga Escala;Técnicas de Genotipagem;Teste Sorológico para COVID-19
Palavras-chave em inglês: COVID-19;High-Throughput Nucleotide Sequencing;Genotyping Techniques;COVID-19 Serological Testing
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::FARMACOLOGIA::FARMACOLOGIA CLINICA
Data do documento: 2023
Citação: COSTA, Thaís de Oliveira. Vigilância genômica de sars-cov-2 na cidade de Fortaleza: caracterização de variantes e fortalecimento do monitoramento epidemiológico. 2023. 109 f. Dissertação (Mestrado em Farmacologia) – Faculdade de Medicina, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023. Disponível em: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/76017. Acesso em: 30 jan. 2024.
Resumo: A emergência da pandemia de COVID-19 foi um catalizador para avanços sem precedentes em aplicações de técnicas de sequenciamento do genoma completo (WGS) voltados para a vigilância genômica (VG) de SARS-CoV-2 (SC2), com o objetivo de aprimorar medidas de prevenção e intervenção frente a evolução viral, bem como o contínuo progresso científico no desenvolvimento de novos fármacos e vacinas. Apesar do elevado número de genomas de SC2 em repositórios públicos, existe um viés em favor de centros tecnológicos mais avançados e uma necessidade de se homogeneizar a cobertura e a representatividade amostral para VG. Para tanto, este trabalho objetivou a caracterização e o monitoramento de novas variantes de SC2 em um centro urbano representativo (Fortaleza) durante um período crítico da pandemia (Dez/2020 a Dez/2022), durante o qual foi conduzido o desenvolvimento simultâneo de soluções inovadoras para aplicação no monitoramento de variantes de preocupação (VOCs) de SC2. Amostras de swab nasofaríngeo coletadas em meio de transporte viral (MTV) foram encaminhadas após confirmação diagnóstica da COVID-19 por RT-qPCR, triadas e sequenciadas por Sequenciamento de Nova Geração (NGS) em plataforma Illumina, como parte das atividades desenvolvidas em colaboração com a Rede Genômica da Fiocruz. Adicionalmente, abordagens metodológicas complementares ao WGS foram desenvolvidas, consistindo em: i) implementação de ensaios de genotipagem; ii) operacionalização de fluxo de trabalho e viabilidade técnica do reaproveitamento de material remanescente de testes rápidos de antígeno (TR). O mapeamento de assinaturas moleculares específicas de variantes/linhagens sob investigação a partir de genomas de SC2 do Brasil e de Fortaleza depositados em bases públicas permitiu a definição de regiões-alvo para a realização de rastreio de VOCs: i) NSP6: S106del, G107del, F108del; ii) 28262:AACA; iii) S: K417T; iv) S: L452R; v) S: H69del, V70del e vi) NSP1: K141del, S142del, F143del. Estes alvos serviram como base para a customização/aquisição de 8 ensaios com elevada sensibilidade, especificidade e concordância com o WGS (n=3.420). A aplicação em larga-escala viabilizou um incremento amostral substancial e a obtenção de resultados a partir de material biológico de qualidade heterogênea. Similarmente, a implantação de um fluxo alternativo com validação analítica de material de teste rápido de antígeno (TR) resultou em um ganho de 3.4x de cobertura amostral para vigilância genômica de SC2 durante um período de baixa testagem molecular. A recuperação de material genético viral, aferida por RT-qPCR, foi possível em 93% das alíquotas de TR testadas (997/1.072), das quais 93,5% geraram sequências com definição de linhagem filogenética por WGS (n=347/371). Não houve diferenças significativas entre resultados obtidos por genotipagem e NGS quanto ao volume de TR utilizado para a extração (200μL vs. 50 μL), tempo de conservação (1 dia vs. 7 dias) ou tampão de conservação utilizado (Guanidina 4M+EDTA 0,2M vs. Guanidina 4M+Citrato 0,2M). Dados obtidos por WGS possibilitaram a identificação dos casos iniciais da VOC Gama (P.1-like), VOC Delta (B.1.617.2-like) e de diferentes sublinhagens da VOC Ômicron (BA.1; BA.2; BA.4; BA.5; BE.9; BQ.1 e XXB), em que a expansão de linhagens emergentes, isoladamente ou em conjunto, estavam associadas a sucessivas ondas de casos de COVID-19. A integração dos resultados de WGS obtidos de material viral extraído de MTV (n=4.253) com a complementação com os resultados gerados pela genotipagem dirigida e pela análise de amostras de TR, permitiu maximizar-se a quantidade de casos analisados (n = 9.860), atingindo-se em diversas ocasiões o limiar mínimo de cobertura recomendado para VG com os quais foi possível subsidiar análises mais fidedignas do cenário epidemiológico. Este trabalho destaca a relevância técnico-científica de estratégias inovadoras complementares ao WGS no fortalecimento da VG, constituindo em um modelo exemplar de aplicação no monitoramento de outros patógenos de importância em saúde pública.
Abstract: The emergence of the COVID-19 pandemic has been a catalyst for unprecedented advances in the application of whole-genome sequencing (WGS) techniques focused on genomic surveillance (GS) of SARS-CoV-2 (SC2). The aim is to enhance preventive measures and interventions in the face of viral evolution, as well as to contribute to ongoing scientific progress in the development of new drugs and vaccines. Despite the high number of SC2 genomes in public repositories, there is a bias favoring more advanced technological centers, and a need to standardize coverage and sample representativeness for GS. Therefore, this work aimed to characterize and monitor new SC2 variants in a representative urban center (Fortaleza) during a critical period of the pandemic (Dec/2020 to Dec/2022). During this time, innovative solutions were concurrently developed for monitoring Variants of Concern (VOCs) of SC2. Nasopharyngeal swab samples collected in viral transport medium (VTM) were sent after COVID-19 diagnosis confirmation by RT-qPCR, screened, and sequenced by Next-Generation Sequencing (NGS) on the Illumina platform, as part of collaborative efforts with the Fiocruz Genomic Network. Additionally, complementary methodological approaches to WGS were developed, including: i) implementation of genotyping assays; ii) operationalization of workflow and technical feasibility of reusing residual material from rapid antigen tests (RAT). Mapping specific molecular signatures of variants/lineages under investigation from SC2 genomes in Brazil and Fortaleza deposited in public databases allowed the definition of target regions for VOC screening: i) NSP6: S106del, G107del, F108del; ii) 28262:AACA; iii) S: K417T; iv) S: L452R; v) S: H69del, V70del; and vi) NSP1: K141del, S142del, F143del. These targets served as a basis for customizing/acquiring 8 assays with high sensitivity, specificity, and concordance with WGS (n=3,420). Large-scale application enabled a substantial increase in sample size and obtaining results from heterogeneous biological material. Similarly, implementing an alternative workflow with analytical validation of rapid antigen test (RAT) material resulted in a 3.4x increase in sample coverage for SC2 genomic surveillance during a period of low molecular testing. Viral genetic material recovery, assessed by RT-qPCR, was possible in 93% of the tested RAT aliquots (997/1,072), of which 93.5% generated sequences with phylogenetic lineage definition by WGS (n=347/371). There were no significant differences between results obtained by genotyping and NGS regarding the volume of RAT used for extraction (200μL vs. 50 μL), conservation time (1 day vs. 7 days), or conservation buffer used (Guanidine 4M+EDTA 0.2M vs. Guanidine 4M+Citrate 0.2M). WGS data identified the initial cases of the Gamma VOC (P.1-like), Delta VOC (B.1.617.2-like), and different sublineages of the Omicron VOC (BA.1; BA.2; BA.4; BA.5; BE.9; BQ.1 and XXB). The expansion of emerging lineages, individually or in combination, was associated with successive waves of COVID-19 cases. Integrating WGS results from viral material extracted from VTM (n=4,253) with complementary results from targeted genotyping and analysis of RAT samples allowed maximizing the number of cases analyzed (n=9,860), often reaching the minimum coverage threshold recommended for GS, providing more reliable analyses of the epidemiological scenario. This work highlights the technical-scientific relevance of innovative strategies complementary to WGS in strengthening GS, serving as an exemplary model for monitoring other public health- important pathogens.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76017
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0002-9013-6547
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/9829395292630326
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-1347-4825
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/0998235420634887
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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