Investigação de casos de doenças febris agudas e doenças neurológicas graves com etiologia desconhecida por sequenciamento metagenômico por nanoporos

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Aristoteles Goes Neto
Svetoslav Nanev Slavov

Resumo

As Doenças Febris Agudas (DFA) e as Doenças Neurológicas Graves (DNG) se representam desafios significativos para o diagnóstico devido à diversidade de agentes infecciosos que podem causá-las e à limitação dos testes diagnósticos convencionais, que frequentemente resultam negativos ou inconclusivos. Diante disso, o sequenciamento metagenômico por nanoporos emergiu como uma ferramenta promissora na identificação de agentes etiológicos de doenças infecciosas desconhecidas, oferecendo estratégias variadas para a análise e a caracterização desses agentes. Este estudo teve como objetivo identificar os agentes etiológicos associados a casos de internação por DFA e DNG com resultado negativo para arboviroses por diagnóstico convencional em um hospital de Belo Horizonte, Minas Gerais. Foram analisadas amostras biológicas de 16 pacientes hospitalizados. Estas amostras foram submetidas a dois protocolos distintos: o sequenciamento shotgun e/ou o protocolo SMART-9N que envolve o enriquecimento de RNA, seguido de sequenciamento por nanoporos. As etapas subsequentes incluíram controle de qualidade, remoção de genes do hospedeiro, montagem de novo do genoma para formação de contigs, duas classificações taxonômicas para minimizar falso-positivos e análise filogenética. Nos casos de DFA, identificamos um espectro de microrganismos associados às relatadas patologias, incluindo Escherichia coli, Streptococcus sp., Vírus da Imunodeficiência Humana 1 (Subtipo B), e Pegivírus Humano (Genótipo 2B). Já nos casos de DNG, os microrganismos detectados com prévia associação correlacionada com a patologia identificados incluíram Escherichia coli, Clostridium sp. e vírus da dengue tipo 2 (Genótipo-II). Este estudo evidencia a eficiência e a rapidez da análise metagenômica, ressaltando sua capacidade de identificar patógenos associados a diversas doenças. Além disso, demonstra a viabilidade de recuperar genomas quase completos de vírus de RNA, sublinhando a relevância desta técnica no aprimoramento da precisão diagnóstica e na personalização de tratamentos.

Abstract

Acute Febrile Illness (AFI) and Severe Neurological Diseases (SND) pose significant diagnostic challenges due to the diversity of infectious agents that can cause them and the limitations of conventional diagnostic tests, which are often negative. In view of this, nanopore metagenomic sequencing has emerged as a promising tool for identifying the etiological agents of unknown infectious diseases, offering a variety of strategies for analyzing and characterizing these agents. The aim of this study was to identify the etiological agents associated with cases of hospitalization for AFI and SND in the Eduardo de Menezes Hospital, Belo Horizonte, Minas Gerais. Biological samples from 16 hospitalized patients were analyzed. These samples were subjected to two different protocols: shotgun sequencing and RNA enrichment using the SMART-9N protocol, followed by nanopore sequencing. Subsequent steps included quality control, removal of host genes, de novo assembly of the genome to form contigs, two taxonomic classifications to minimize false positives and phylogenetic analysis. In cases of AFI, we identified a spectrum of disease-associated microbes including Escherichia coli, Streptococcus sp., Human Immunodeficiency Virus 1 (Subtype B), and Human Pegivirus (Genotype 2B). In DNG cases, the pathogens identified included Escherichia coli, Clostridium sp. and dengue virus type 2 (Genotype-II lineage). This study demonstrates the effectiveness and speed of metagenomic analysis, highlighting its ability to identify pathogens associated with various diseases, the feasibility of recovering almost complete genomes of RNA viruses and the importance of this technique for more accurate diagnoses and personalized treatments.

Assunto

Bioinformática, Doenças do Sistema Nervoso, Sequenciamento por Nanoporos, Metagenômica, Nanoporos

Palavras-chave

Doença Febril Aguda, Doenças Neurológicas Severas, Sequenciamento por nanoporos, Metagenômica

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