Vigilância genômica de arboviroses durante os surtos epidêmicos de 2023 e 2024
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Marta Giovanetti
Eduardo Martin Tarazona Santos
Renato Santana de Aguiar
Eduardo Martin Tarazona Santos
Renato Santana de Aguiar
Resumo
Os arbovírus caracterizam-se por sua transmissão através de vetores artrópodes hematófagos, compondo um grupo formado por diferentes famílias virais de grande interesse médico e veterinário, devido, sobretudo, aos seus potenciais de surtos e epidemias de doenças graves. Mudanças climáticas e o processo de globalização favorecem a disseminação dos vetores em várias regiões do mundo aumentando as taxas de transmissão e surtos epidêmicos. No Brasil, pode-se destacar importantes arbovírus transmitidos por mosquitos dos gêneros Aedes, tais como os vírus da Dengue (DENV), Chikungunya (CHIKV) e Zika (ZIKV). Devido à falta de tratamento específico e vacinas contra todas as arboviroses, a vigilância genômica torna-se uma das principais ferramentas que auxilia no entendimento dos padrões de transmissão, circulação e evolução viral. Nesse sentido, realizamos a vigilância viral de possíveis arbovírus com sintomas febris no município de Contagem no ano de 2023, associado com o aumento de casos de DENV e CHIKV entre as semanas epidemiológicas 12 e 27 (março a junho). O município de Contagem, terceiro mais populoso de Minas Gerais, está localizado em uma região economicamente importante, fazendo divisa com a capital Belo Horizonte. Nesse estudo, foram realizados 6.122 testes diagnósticos em amostras de pacientes com sintomas febris através de painéis moleculares multiplex capazes de identificar todos os arbovírus circulantes no Brasil incluindo os vírus DENV, CHIKV, ZIKV, Mayaro (MAYV),Oropouche (OROV), Febre Amarela (YFV), West Nile (WNV), Encefalite de São Luís (SLEV), Rocio (ROCV), Ilheus (ILHV), Cacipacore (CPCV) e Bussuquara (BSQV). Destes, 551 testes apresentaram diagnóstico positivo para DENV, 1.564 testes positivos para CHIKV, incluindo 7 casos de coinfecção, além de 4.007 testes negativos para os demais vírus investigados. Dessa forma, realizamos a caracterização genômica a partir de 246 amostras de CHIKV e 168 de DENV para a identificação dos sorotipos e genótipos circulantes destes dois vírus, padrões de dispersão e eventos de introdução. As análises mostraram que todas as sequências do CHIKV pertenciam à linhagem Leste-Central-Sul Africana (ECSA), enquanto as de DENV foram classificadas como genótipo V do sorotipo 1. As inferências filogenéticas mostraram que as sequências de CHIKV se agruparam em quatro clados distintos, com mutações especificas e suporte estatístico elevado, enquanto as sequências de DENV formaram cinco clados principais, mostrando uma circulação inter-regional para ambos os vírus. As análises genômicas revelaram a presença de mutações no sítio 211 da glicoproteína de envelope E1 (E1- K211T/I), previamente associadas ao aumento da transmissibilidade do CHIKV, além de outras possíveis mutações sob seleção positiva nas proteínas nsP1, nsP2, nsP3 e nsP4. O surgimento e estabelecimento destas mutações nas sequências recentes de CHIKVpodem estar associados aos recentes surtos epidêmicos na região de estudo, onde a taxa de positividade para CHIKV superou a do DENV, um cenário inédito até o momento. Para o DENV, foram identificadas possíveis mutações sob seleção positiva nas proteínas prM, E NS3 e NS5, cujos impactos funcionais ainda permanecem desconhecidos. Além disso, no ano de 2024 o Brasil registrou um aumento no número de casos do OROV, até então restrito às regiões Amazônicas, preocupando autoridades de saúde. Nesse estudo também realizamos uma vigilância viral para OROV com escala nacional identificandoseis novos genomas provenientes das regiões Nordeste (Bahia), Sudeste (Espírito Santo) e Sul (Santa Catarina) do Brasil. As nossas análises genômicas corroboram com os padrões de rearranjos genômicos previamente identificados nos segmentos S e L do vírus, os quais podem estar associados ao aumento no número de casos e dispersão pelo Brasil, além dos recentes casos com desfechos neurológicos e transmissão vertical associados ao OROV. Estes estudos reforçam a importância da utilização de painéismultiplexados para a identificação de arboviroses com sintomas semelhantes circulantes no Brasil e integração com a vigilância genômica-epidemiológica para monitorar a diversidade viral, caracterizar padrões de transmissão fornecendo o conhecimento necessário para as intervenções em saúde pública.
Abstract
Arboviruses are characterized by their transmission through hematophagous arthropod vectors, comprising a group of different viral families of great medical and veterinary interest, mainly due to their potential to cause outbreaks and epidemics of severe diseases. Climate change and globalization facilitate the spread of vectors across various regions of the world, increasing transmission rates and epidemic outbreaks. In Brazil, important arboviruses transmitted by Aedes mosquitoes include Dengue virus (DENV), Chikungunya virus (CHIKV), and Zika virus (ZIKV). Due to the lack of specific treatments and vaccines for all arboviruses, genomic surveillance has become one of the main tools aiding in the understanding of transmission patterns, viral circulation, and evolution. In this context, we conducted viral surveillance of potential arboviruses associated with febrile syndromes in the municipality of Contagem in 2023, coinciding with an increase in DENV and CHIKV cases between epidemiological weeks 12 and 27 (March to June). Contagem, the third most populous municipality in Minas Gerais, is located in an economically important region bordering the capital, Belo Horizonte. In this study, 6,122 diagnostic tests were performed on febrile patients using multiplex molecular panels capable of identifying all arboviruses circulating in Brazil, including DENV, CHIKV, ZIKV, Mayaro (MAYV), Oropouche (OROV), Yellow Fever (YFV), West Nile (WNV), Saint Louis encephalitis (SLEV), Rocio (ROCV), Ilheus (ILHV), Cacipacore (CPCV), and Bussuquara (BSQV)viruses. Among these, 551 tests were positive for DENV, 1,564 for CHIKV, including seven cases of coinfection, while 4,007 tests were negative for the other viruses investigated. Thus, we performed genomic characterization of 246 CHIKV samples and 168 DENV samples to identify the circulating serotypes and genotypes of these two viruses, as well as dispersal patterns and introduction events. The analyses showed that all CHIKV sequences belonged to the East-Central-South African (ECSA) lineage, while the DENV sequences were classified as genotype V of serotype 1. Phylogenetic inferences revealed that CHIKV sequences clustered into four distinct clades, with specific mutations and strong statistical support, whereas DENV sequences formed five main clades, demonstrating interregional circulation for both viruses. Genomic analyses identified mutations at site 211 of the envelope glycoprotein E1 (E1-K211T/I), previously associated with increased CHIKV transmissibility, as well as other potential positively selected mutations in the nsP1, nsP2, nsP3, and nsP4 proteins. The emergence and establishment of these mutations in recent CHIKV sequences may be associated with the recent epidemic outbreaks in the study region, where the CHIKV positivity rate surpassed that of DENV, an unprecedented scenario. For DENV, possible positively selected mutations were identified in the prM, E, NS3, and NS5 proteins, whose functional impacts remain unknown. Additionally, in 2024, Brazil reported an increase in OROV cases, previously restricted to the Amazon region, raising concerns among health authorities. In this study, we also conducted nationwide viral surveillance for OROV, identifying six new genomes from the Northeast (Bahia), Southeast (Espírito Santo), and South (Santa Catarina) regions of Brazil. Our genomic analyses corroborate the previously identified genomicrearrangement patterns in the S and L segments of the virus, which may be associated with the increase in cases and its spread across Brazil, as well as recent reports of neurological outcomes and vertical transmission linked to OROV. These studies reinforce the importance of using multiplexed panels for the identification of arboviruses with similar symptoms circulating in Brazil and their integration with genomic-epidemiological surveillance to monitor viral diversity and characterize transmission patterns, providing the necessary knowledge for public health interventions
Assunto
Genética, Arbovirus, Dengue, Febre de Chikungunya, Infecções por Bunyaviridae, Epidemiologia, Mutação
Palavras-chave
arbovírus, Dengue, Chikungunya, Oropouche, epidemiologia, vigilância genômica, mutações