Desenvolvimento e padronização de PCR digital e metagenômica viral para avaliação do Senecavirus A em surtos de doenças vesiculares ocorridos em suínos no Brasil
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Betania Paiva Drumond
Edviges Maristela Pituco
Izinara Rosse da Cruz
Maria Isabel Maldonado Guedes
Roberto Mauricio Carvalho Guedes
Edviges Maristela Pituco
Izinara Rosse da Cruz
Maria Isabel Maldonado Guedes
Roberto Mauricio Carvalho Guedes
Resumo
Em fevereiro de 2015, amostras biológicas de suínos provenientes de surtos de doenças vesiculares ocorridos em granjas de diferentes estados brasileiros foram enviadas para o Laboratório Federal de Defesa Agropecuária de Minas Gerais (LFDA-MG) do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA). O único agente encontrado nessas amostras foi o Senecavirus A (SVA). Este vírus pertence ao gênero Senecavirus, Ordem Picornavirales, Família Picornaviridae e Reino Riboviria. Essa família abriga também o gênero Aphtovirus, cuja espécie tipo é o Foot-and-mouth disease virus (FMDV), agente da Febre Aftosa, doença altamente infecciosa, de notificação compulsória, sob controle estrito do MAPA e recomendada pela Organização Mundial de Saúde Animal (OIE). O SVA nunca havia sido relatado no Brasil, tendo sido reportado oficialmente pelo LFDA-MG e, primeiramente publicado por dois grupos brasileiros em julho de 2015. Destaca-se ainda o fato de que a doença induzida pelo SVA é incipiente no país e no mundo, o que pontua a necessidade de estudos básicos e aplicados sobre o SVA. O objetivo deste trabalho foi verificar a presença do Senecavirus A e de outros vírus nestas amostras biológicas, e analisar a associação desses aos surtos de doenças vesiculares envolvendo granjas de suínos de diferentes estados brasileiros utilizando a abordagem metagenômica viral. Além das análises independentes de cultivo, o isolamento viral e caracterização destes isolados foi também realizada a fim de estabelecer a padronização de técnicas, como a soroneutralização viral, dentre outras, para a expansão do diagnóstico para o SVA nos laboratórios oficiais brasileiros. PCRs digitais para FMDV e SVA (RT-ddPCR) foram desenvolvidas e padronizadas avaliando parâmetros como sensibilidade e especificidade analítica e diagnóstica. Amostras de epitélio e soro pertencentes ao surto de enfermidade vesicular ocorrido em 2015 foram extraídas e submetidas a RT-ddPCR-SVA a fim de selecionar amostras para análise de metagenômica viral a partir dos dados de quantificação absoluta. O viroma foi realizado a partir da extração de ácidos nucleicos totais em seis amostras (epitélio e soro) com posterior eliminação de DNA. A plataforma HiSeq foi utilizada e a análise dos dados foi feita utilizando o pipeline MetLab com adição de parâmetros conjuntos de qualidade. O presente trabalho permitiu oferecer duas novas ferramentas (RT-ddPCR) sensíveis e específicas ao diagnóstico de FMDV e SVA, sendo a RT-ddPCR-SVA aplicada nas amostras submetidas ao viroma. Em relação ao viroma, foram classificadas inicialmente 19 famílias de RNA e 21 de DNA. Entretanto, após critérios conjuntos de avaliação (filtro por tamanho, e-value, identidade/similaridade, cobertura, avaliação da região do contig), esses números reduziram para uma família de RNA (Picornaviridae) e quatro (4) famílias de DNA (Geminiviridae, Inoviridade, Microviridae e Siphoviridae). O Senecavirus A foi o único vírus de RNA confirmado e presente em cinco (5) de seis (6) amostras. Além desse vírus, foram classificados e confirmados fagos e um vírus de planta. O presente trabalho contribuiu para a validação da abordagem metagenômica e da PCR digital nos laboratórios de referência governamental para utilização, especialmente, em situações de surtos, mas, também na vigilância epidemiológica de agentes virais em espécies animais de importância no cenário nacional. Além disso, destaca a importância de controle de qualidade criterioso que deve levar em consideração vários parâmetros na confirmação das classificações virais a fim de evitar resultados falso positivos e especulações errôneas a partir de dados massivos.
Abstract
In February 2015, there was an outbreak of vesicular diseases on pig farms in different states
of Brazil. As a result, swine biological samples were sent to one of the laboratories of
Ministry of Agriculture, Livestock and Supply (MAPA), the Laboratório Federal de Defesa
Agropecuária de Minas Gerais (LFDA-MG). The only infectious agent found in these samples
was Senecavirus A (SVA). This virus is of Senecavirus genera belonging to Picornavirales
Order, Picornaviridae family and Riboviria realm. The Picornaviridae family also includes
the Aphtovirus genera, whose species type is Foot-and-mouth disease virus (FMDV), which
causes the foot-and-mouth disease, a highly notifiable disease under the strict control of
MAPA and recommended by the World Organization for Animal Health (OIE). The SVA had
never been reported in Brazil, having been officially reported by the LFDA-MG and first
published by two Brazilian groups in July 2015. Highlighting the fact that the disease caused
by SVA is incipient in the country and the world at large, pointing to the need for basic and
applied studies of SVA. The objective of this study was to check the presence of SVA and
other viruses in these biological samples, and analyse their association with the vesicular
disease outbreaks which occurred on the pig farms of different Brazilian states using the viral
metagenomic approach. In addition to techniques requiring no cell culture, viral isolation and
characterization of these isolates were also performed, aiming at the standardization of
techniques such as viral seroneutralization, among others, for the improvement of SVA
diagnosis in official Brazilian laboratories. Digital PCR for FMDV and SVA (RT-ddPCR)
were developed and standardized, evaluating parametres such as analytical and diagnostic
sensitivity and specificity. Swine samples (epithelium and serum) belonging to the outbreak
of vesicular disease of 2015 were extracted and submitted to RT-ddPCR-SVA in order to be
selected for viral metagenomics analysis (virome) from the absolute quantification data.
Virome was performed from total nucleic acid in six samples (pool of epithelium or serum)
with subsequent elimination of DNA. The HiSeq platform was used and data analysis was
performed using the MetLab pipeline with the addition of quality parameters. The present
work offered two new tools (RT-ddPCR) sensitive and specific for the diagnosis of FMDV
and SVA, and the RT-ddPCR-SVA was applied in the samples submitted to virome. In
relation to virome analysis, 19 families of RNA and 21 of DNA were initially classified.
However, after joint evaluation using the following criteria: filter by size, e-value, identity /
similarity, coverage, evaluation of the contig region, these numbers reduced to one family of
RNA (Picornaviridae) and four (4) families of DNA (Geminiviridae, Inoviridade,
Microviridae and Siphoviridae). Senecavirus A was the only RNA virus confirmed and
identified in five (5) of six (6) samples. In addition to this virus, phages and a plant virus were
classified and confirmed. The present work contributed to the validation of the viral
metagenomic approach and digital PCR in government reference laboratories for use,
especially in outbreak situations, as well as in the epidemiological surveillance of viral agents
in animal species of importance in the national scenario. In addition, it highlights the
importance of the need for strict quality control, taking into account several parameters with
regards to the confirmation of viral classifications in order to avoid false positive results and
erroneous speculation from massive data.
Assunto
Microbiologia, Metagenômica, Reação em Cadeia da Polimerase, Picornaviridae
Palavras-chave
viroma, Senecavirus A, PCR digital, sequenciamento paralelo massivo, parâmetros de qualidade