Immagine: particelle di virus MERS Microfotografia elettronica a scansione colorata delle particelle del virus della sindrome respiratoria del Medio Oriente (giallo) attaccate alla superficie di una cellula VERO E6 infetta (blu). Immagine acquisita e migliorata dal colore presso il Centro di ricerca integrato NIAID a Fort Detrick, nel Maryland. Credito: NIAID.
Un nuovo studio mostra il ruolo che il sequenziamento genomico virale può svolgere nell’attuale pandemia di COVID-19. La pandemia SARS-CoV-2, grave sindrome respiratoria acuta, si è diffusa rapidamente in tutto il mondo, infettando oltre 2,6 milioni e uccidendo oltre 183.000. L’unico intervento attualmente possibile è sotto forma di misure non farmacologiche, principalmente di tracciamento dei contatti, misure di quarantena, distanza sociale e blocchi.
Quanto funzionano queste misure? In assenza di test universali, è difficile dirlo perché molti casi sono asintomatici. È qui che il sequenziamento può svolgere un ruolo significativo.
L’inizio della sorveglianza genomica
In Cina, gli scienziati hanno sequenziato rapidamente il genoma virale e l’hanno identificato come un betacoronavirus simile al virus che ha causato l’epidemia di SARS del 2002. Durante la diffusione del virus, il sequenziamento genomico ha avuto un ruolo nella localizzazione epidemiologica dei ceppi virali trasportati in tutto il mondo. Tali ceppi sono ricondotti alla loro origine dalle loro mutazioni uniche e aiutano a collegare le infezioni remote. Questo metodo è stato immensamente portato avanti dallo sviluppo di protocolli di sequenziamento mirati, il repository GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data), che consente la condivisione aperta in tempo reale delle sequenze e da Nextstrain. Questa piattaforma analitica consente di rintracciare rapidamente le mutazioni di un determinato ceppo virale. Queste mutazioni sono state messe a frutto per visualizzare i probabili percorsi di diffusione del virus.
Alcuni risultati inaspettati includono la scoperta di una sequenza genetica in un paziente nell’area di Seattle, senza una storia di viaggio in un punto caldo o contatto con un caso COVID-19, che era correlata a quella trovata in un viaggiatore 5 settimane prima – dimostrando che la diffusione nella comunità si era verificata ampiamente anche se in silenzio per tutto quel tempo.
Computer monitor shows DNA sequencing. D-VISIONS / Shutterstock
New York – il nuovo epicentro
New York è stata testimone di un inferno e morte causati dalla malattia sin dal primo caso confermato il 3 marzo 2020. Questo caso solitario è esploso in oltre 250.000 casi nel solo Stato di New York, che è poco meno di un decimo dei casi totali nel mondo. Tuttavia, la sola New York City rappresenta oltre la metà dei casi totali nello stato con oltre 142.000 casi confermati. Attualmente, l’epicentro dell’epidemia di New York alimenta il sistema ospedaliero Langone Health della NYU. L’attuale studio mirava a registrare le caratteristiche dei primi COVID-19 diffusi in una grande città e a rintracciare i ceppi alle loro origini più conosciute.
Lo studio
I ricercatori volevano vedere come si stava diffondendo il virus all’interno del bacino idrografico della rete degli ospedali Langone Health di New York a Brooklyn, Manhattan e nella contea di Nassau. Inizialmente hanno creato un flusso di lavoro progettato in modo ottimale per il sequenziamento e l’analisi genomiche. Hanno campionato casualmente una popolazione di casi confermati testati tra il 12 marzo e il 1 aprile 2020. Hanno sequenziato l’RNA e costruito una biblioteca computerizzata. L’analisi dei genomi virali è stata effettuata con 156 sequenze che hanno superato tutti i test di qualità. Le cartelle cliniche sono state analizzate per identificare le esposizioni.
Cosa ha mostrato lo studio?
I ricercatori hanno scoperto che i campioni da tutta l’area sopra menzionata, per la maggior parte provenivano da Brooklyn e Manhattan. La maggior parte di questi erano situati nel bacino idrografico degli Ospedali nell’area metropolitana di New York. Tuttavia, una regione, la contea di Westchester, situata a nord della città, e al di fuori dell’area servita dall’Ospedale, non era rappresentata, sebbene avesse visto il primo focolaio regionale. Oltre il 50% dei casi non ha registrato anamnesi di esposizione. I ricercatori, quindi, hanno effettuato il sequenziamento e l’analisi filogenetica delle sequenze del campione per scoprire quanto fossero strettamente correlate tra loro. Se i casi si diffondono da uno o pochi casi indice, i virus dovrebbero essere quasi identici. I ricercatori hanno colorato ogni sequenza in base a dove viveva il paziente. Ciò ha dimostrato che c’erano numerosi ceppi di coronavirus circolanti all’interno della regione di campionamento risalenti alla prima settimana di marzo. Hanno quindi confrontato i genomi con oltre 7.600 sequenze raccolte a livello globale utilizzando il repository GISAID EpiCov. Dopo aver tracciato la filogenesi, hanno colorato ogni sequenza secondo la sequenza più simile di un’altra regione. Sorprendentemente, i ricercatori hanno scoperto che oltre il 41% dei campioni era strettamente correlato all’Europa, mentre il 46% proveniva dagli Stati Uniti o dal Canada.
Quando i ricercatori hanno esaminato la data di raccolta dell’ultimo ceppo comune, stratificato per regione, hanno scoperto che circa il 66% era simile ai campioni europei già dall’ultima settimana di febbraio 2020. Pochi dati sono disponibili riguardo alla diffusione precoce della pandemia in gennaio e febbraio, in particolare, poiché poche sequenze sono state raccolte dalla via di trasmissione.
Complessivamente, i ricercatori hanno trovato quasi 190 varianti di nucleotidi e 97 aminoacidi alterati. Altre varianti continuano a essere trovati man mano che viene eseguito più sequenziamento del campione. Ciò significa che la sorveglianza deve essere persistente, a livello locale, regionale e nazionale e persino internazionale, se la pandemia deve essere adeguatamente monitorata.
Quanto è importante lo studio?
Le mutazioni nel virus dell’influenza che causano l’influenza stagionale sono essenziali per la virulenza e consentono al virus di sfuggire al sistema immunitario anche dopo la vaccinazione. Inoltre, le mutazioni consentono al virus di sviluppare resistenza al farmaco antivirale Oseltamivir. Tuttavia, questo non è il caso della maggior parte delle mutazioni del virus SARS-CoV-2, che si prevede non funzionino. Ancora una volta, la traccia genomica può aiutare a tracciare la diffusione virale indipendentemente dalla storia medica. Questo è il modo in cui l’attuale campionamento dall’area di New York ha mostrato che si era verificato uno spettro di trasmissione molto più ampio di quanto si pensasse. Potrebbe essere necessario eseguire questo tipo di analisi in modo retrospettivo, per scoprire come si sta verificando la diffusione invisibile nella comunità all’interno di ciascuna regione.Ciò farà inoltre luce sugli effetti delle politiche di sanità pubblica e sui cambiamenti comportamentali come il distanziamento sociale e la quarantena. Aiuterà anche a modellare la gestione futura degli attuali focolai.
Ma tale sorveglianza non è facile da installare istantaneamente. “Pertanto, alla luce di queste funzioni critiche”, affermano gli scienziati, “dati gli ostacoli logistici e normativi per stabilire tale sorveglianza, è fondamentale disporre di questa infrastruttura già in atto per future ondate di COVID-19″.
Fonte: medRxiv
