Caracterização genômica do Betacoronavirus SARS-CoV-2 para compreensão da distribuição de linhagens e padrões de espalhamento geográfico no estado do Rio Grande do Sul e no território brasileiro

Abstract

Em dezembro de 2019, um novo coronavírus foi detectado em pacientes com síndrome respiratória aguda grave em Wuhan, China. Este Betacoronavirus, denominado Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), espalhou-se rapidamente pelo mundo, de modo que a Organização Mundial da Saúde (OMS) declarou estado de pandemia em março de 2020. Após o sequenciamento do primeiro genoma completo do vírus, esforços internacionais sem precedentes foram estabelecidos por meio do banco de dados GISAID, permitindo o acompanhamento em tempo real da evolução viral, bem como seu espalhamento geográfico em níveis locais, regionais, nacionais e globais. Nesse sentido, este trabalho objetivou realizar análises genômicas de amostras isoladas de SARS-CoV-2 a fim de compreender a distribuição de mutações e linhagens virais em nível municipal (Esteio, Rio Grande do Sul [RS], Brasil), estadual (RS) e nacional (Brasil). Para este fim, sequenciamos 21 amostras do município de Esteio na primeira fase da epidemia (maio a outubro de 2020), demonstrando a presença principal das linhagens B.1.1.28 e B.1.1.33, a caracterização inicial da linhagem P.2 no estado e a contribuição principal da região Sudeste para a difusão destas linhagens para o sul do Brasil. Subsequentemente, analisamos 56 genomas de 13 municípios do RS em período de aumento de hospitalizações e mortes (março de 2021), demonstrando a rápida difusão da variante P.1 (Gama) para o estado a partir de múltiplas introduções vindas principalmente do Norte, bem como descrevendo as mutações e a difusão geográfica da sublinhagem P.1.2. Finalmente, utilizamos 2.732 genomas de todo o território brasileiro no primeiro ano da epidemia (entre fevereiro de 2020 e 2021), descrevendo esforços de sequenciamento heterogêneos temporal e espacialmente, a rápida substituição das linhagens B.1.1.28 e B.1.1.33 por P.1 e P.2 e complexos padrões filogeográficos, nos quais algumas linhagens se espalham principalmente de modo intra-estadual e, outras, interestadual. Portanto, ao utilizar dados epidemiológicos e genomas completos do SARS-CoV-2 dos pacientes locais e de um conjunto representativo da diversidade viral mundial, caracterizamos as mutações virais observadas, a abundância de linhagens, bem como compreendemos padrões de espalhamento geográfico no território Brasileiro.

In December 2019, a novel coronavirus was detected in patients with severe acute respiratory syndrome in Wuhan, China. This Betacoronavirus, named Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has spread rapidly around the world leading the World Health Organization (WHO) to declare a pandemic state in March 2020. Following the sequencing of the virus' first complete genome, unprecedented international efforts have been established through the GISAID database, allowing real-time tracking of viral evolution as well as its geographic spread at local, regional, national, and global levels. In this context, this work aimed to perform genomic analyses of SARS-CoV-2 samples in order to understand the distribution of mutations and viral lineages at municipal (Esteio, Rio Grande do Sul [RS], Brazil), state (RS) and national (Brazil) levels. To this end, we sequenced 21 samples from the municipality of Esteio in the first epidemic phase (May to October 2020), demonstrating the prominent presence of the B.1.1.28 and B.1.1.33 lineages, the initial characterization of the P.2 lineage in the state, and the major contribution of the Southeast region to the spread of these strains to Southern Brazil. Subsequently, we analyzed 56 genomes from 13 municipalities in RS during a period of increased hospitalizations and deaths (March 2021), demonstrating the rapid diffusion of the P.1 (Gamma) variant into the state from multiple introductions mainly from the Northern region of Brazil, as well as describing the mutations and geographic diffusion of the P.1.2. Finally, we used 2732 genomes from across Brazil in the first year of the epidemic (between February 2020 and 2021), describing temporally and spatially heterogeneous sequencing efforts, the rapid replacement of the B.1.1.28 and B.1.1.33 lineages for P.1 and P.2, and complex phylogeographic patterns in which some lineages spread primarily intrastate and others interstate. Therefore, by using epidemiological data and complete SARS-CoV-2 genomes from local patients and a set of genomes representative of worldwide viral diversity, we characterized viral mutations, lineage abundance, as well as understood patterns of geographic spread in the Brazilian territory.