Vigilância genômica do SARS-CoV-2 na pandemia da COVID-19 no estado de Santa Catarina: da dispersão de variantes a compreensão de coinfecções

Abstract

Desde o início de 2020, a pandemia causada pelo Vírus Coronavírus 2 da Síndrome Respiratória Aguda Grave (SARS-CoV-2) vem gerando impactos sócio-econômicos de magnitudes globais, levando a problemas de saúde pública. Este patógeno é classificado como um Betacoronavirus, da família Coronaviridae, e dentre as principais características possui um material genético de RNA de sentido positivo que propicia o acúmulo de modificações genéticas (polimorfismos) que podem alterar a biologia e fitness viral, originando novas variantes virais. Estes polimorfismos podem alterar a eficiência da interação patógeno-hospedeiro, aumentar a capacidade infectiva e de transmissibilidade, diminuir eficácia terapêutica e vacinal, podendo impactar no desfecho clínico dos pacientes. Com isto, o acompanhamento da evolução destas mutações e o surgimento de variantes virais por meio da vigilância genômica torna-se fundamental. Diante do exposto, este trabalho teve como objetivo acompanhar a distribuição das variantes de SARS-CoV-2 por meio de sequenciamento nas cinco mesorregiões do Estado de Santa Catarina (Sul do Brasil). Durante o primeiro ano de pandemia (de março de 2020 a abril de 2021), foram sequenciadas 203 amostras de pacientes detectados para SARS-CoV-2, o que representou 26% do total de amostras sequenciadas em todo o estado de Santa Catarina para o mesmo período. Neste primeiro período deste estudo, foi possível observar o surgimento da variante P.1-Like II (uma subvariante da linhagem Gamma ou P.1). Esta diferencia-se da variante Gamma principalmente pela presença da mutação T20N na proteína estrutural Spike. Também foi observado que a subvariante P.1-Like II permaneceu mais localizada na região Oeste do estado de Santa Catarina, sendo possível identificar que concomitante a este período foi observado um aumento da taxa de mortalidade nesta mesma região. Durante o segundo ano pandêmico (de maio de 2021 a abril de 2022), foi possível observar, a partir do sequenciamento de 5.181 amostras, a presença de 55 diferentes linhagens e quatro variantes (Alpha, Delta, Gamma, e 2 subvariantes Omicron - BA.1 e BA.2). Com isto, observou-se a ascensão da Omicron a partir de novembro de 2021, em substituição a variante Delta. Apesar do aumento no número total de casos durante o período de predomínio da variante Omicron, foi observado que número de mortes por dia foi maior no período em que a variante Gamma foi predominante. Isto reforça a hipótese de que modificações genéticas que elevam a taxa de transmissibilidade viral podem não estar relacionadas com o aumento da taxa de mortalidade. Contudo, não podemos descartar a hipótese de que o aumento da cobertura vacinal e infecções preliminares podem ter contribuído na redução do número de óbitos durante este período. Outro resultado importante observado neste segundo período do estudo foi que a mudança de predomínio da variante Delta para Ômicron foi observada anteriormente nos profissionais de saúde, indicando que as variantes circulantes nos profissionais de saúde refletem a dispersão das variantes de SARS-CoV-2 circulantes na população geral, o que nos levou a crer que os profissionais da saúde podem ser utilizados como grupo sentinela, não apenas para o número de casos, mas também na identificação precoce das variantes circulantes em uma população. Diante deste cenário, foi possível demonstrar claramente a importância da vigilância genômica do SARS-CoV-2 durante dois anos de pandemia no estado de Santa Catarina. Adicionalmente, estudos já demonstraram a importância no desfecho 11 clínico de pacientes coinfectados com SARS-CoV-2 e outros vírus respiratórios. Assim também avaliamos a existência destas coinfecções em 187 amostras, entre novembro de 2021 a abril de 2022. Dentre os pacientes não detectados para SARS-CoV-2, observou-se a presença de metapneumovírus humano (HMPV), vírus sincicial respiratório (RSV), rinovírus humano (HRV) e vírus parainfluenza (PIV). Já nas coinfecções com SARS-CoV-2, houve maior detecção dos vírus HRV, adenovírus humano (HAdV) e influenza A (Gripe A), podendo este diferente padrão diagnóstico modificar a sintomatologia e o desfecho do quadro clínico dos pacientes. Diante do exposto, os resultados encontrados neste trabalho reforçam a importância clínica e epidemiológica da vigilância genômica durante dois anos pandêmicos. Com este trabalho, também foi possível identificar os profissionais de saúde como grupo sentinela representativo das variantes de SARS-CoV-2 circulantes na população, além de monitorarmos a presença de coinfecções de SARS-CoV-2 com outros vírus respiratórios que pudessem agravar o estado clínico dos pacientes.

Abstract: Since the beginning of 2020, the pandemic caused by the Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has been generating socio-economic impacts of global magnitude, leading to public health problems. This pathogen is classified as a Betacoronavirus, from the Coronaviridae family, and among its main characteristics it has a positive-sense RNA genetic material that allows the accumulation of genetic modifications (polymorphisms) that may be capable of altering viral biology and fitness, which give rise to new viral variants. These polymorphisms can alter the efficiency of the pathogen-host interaction, increase the infective and transmissibility capacity, reduce therapeutic and vaccine efficacy, and may impact the clinical outcome of patients. Therefore, monitoring the evolution of these mutations and the emergence of viral variants through genomic surveillance becomes essential. In view of the above, this work aimed to monitor the distribution of variants of SARS-CoV-2 through sequencing in the five mesoregions of the State of Santa Catarina (Southern Brazil). During the first year of the pandemic (from March 2020 to April 2021), 203 samples from patients detected for SARS-CoV-2 were sequenced, which represented 26% of the total samples sequenced throughout the state of Santa Catarina in this period. In this first period of this study, it was possible to observe the emergence of the P.1-Like II variant (a subvariant of the Gamma variant or P.1 lineage). This subvariant differs from Gamma mainly due to the presence of the T20N variation in the Spike structural protein. It can also be observed that P.1-Like II remained more regionalized in the Western region of the state, making it possible to identify that, concomitantly with this period, an increase in the mortality rate was observed in this same Western region. During the second pandemic year (from May 2021 to April 2022), it was possible to observe, from the sequencing of 2,080, the presence of 55 different lineages and four variants (Alpha, Delta, Gamma, and 2 Omicron - BA sub variants. 1 and BA.2). Because of this, the rise of Omicron was observed from November 2021, replacing the Delta variant. Despite the increase in the total number of cases during the period in which the Omicron variant predominated, it was observed that the number of deaths per day was higher in the period in which the Gamma variant was predominant. This reinforces the hypothesis that genetic modifications that increase the rate of viral transmissibility may not be related to an increase in mortality rates. However, we cannot rule out the hypothesis that increased vaccination coverage and preliminary infections may have contributed to the reduced number of deaths during this period. Another important result observed in this second period of the study was that the change in predominance of Delta to Omicron variant was previously observed in healthcare professionals, indicating that the variants circulating in healthcare professionals reflect the dispersion of SARS-CoV-2 variants circulating in the general population, which led us to believe that health professionals are good sentinel groups, not only for the number of cases, but also for observing the variants circulating in a population. Given this scenario, it was possible to clearly demonstrate the importance of genomic surveillance of SARS-CoV-2 during two years of pandemic in the State of Santa Catarina. Additionally, studies have already demonstrated the importance of clinical findings of patients coinfected with SARS-CoV-2 and other respiratory viruses. Therefore, we evaluated the existence of these coinfections in 187 samples, between November 2021 and April 2022. Among 13 patients not detected for SARS-CoV-2, the presence of human metapneumovirus (HMPV), respiratory syncytial virus (RSV), human rhinovirus (HRV) and parainfluenza virus (PIV) was observed. In coinfections with SARS-CoV-2, there was greater detection of the HRV, human adenovirus (HAdV) and Influenza A (Flu A) viruses, and this different diagnosis pattern may modify the symptoms and clinical outcomes of the patients. In view of the above, the results found in this work reinforce the clinical and epidemiological importance of genomic surveillance.