Metagenômica viral da Dengue, Chikungunya e Zika: acompanhar, explicar e prever a transmissão e distribuição espaço-temporal no Brasil

Resumo

A dengue é hiperendêmica no Brasil, com mais de 10 milhões de casos reportados entre 2000-2016. A transmissão e disseminação dos quatro sorotipos do vírus da dengue (DENV) é relatada no país através do mosquito vetor (Aedes aegypti). Além do DENV outros dois vírus Chikungunya (CHIKV) e Zika (ZIKV) foram introduzidos no Brasil e vem causando graves epidemias, porém a situação pode se complicar ainda mais, uma vez que além dos três vírus possuímos outros arbovirus circulando no país. Este projeto é uma colaboração entre pesquisadores do Instituto de Medicina Tropical (IMT/USP), Universidade de Oxford (UO) e do Blood Systems Research Institute (BSRI), num esforço de reconstruir em detalhes a dinâmica de transmissão de linhagens virais circulantes no Brasil, utilizando dados epidemiológicos e do hospedeiro humano para melhor entender a patogênese e disseminação destes vírus. A infraestrutura já estabelecida pela equipe brasileira tem permitido a coleta de amostras de sangue de indivíduos de diferentes cidades do Brasil, que permitirá a coleta de isolados das epidemias atuais de DENV, CHIKV e ZIKV. Além da caracterização molecular dos três arbovirus este estudo pretende realizar metagenomica viral nas amostras negativas utilizando sequenciamento em larga escala. Pretendemos ainda elucidar e predizer a dinâmica espacial e transmissão do DENV, CHIKV e ZIKV no Brasil. Utilizaremos no mínimo 3.000, dentre positivas e negativas que serão sequenciadas os amplicons do três vírus ou ácidos nucleicos totais, visando o sequenciamento de um ou mais vírus. Para abordagem metagenômica os vírus que através desta abordagem não forem sequenciados completamente serão então amplificados os trechos faltantes e re-sequenciados. As sequencias obtidas serão então submetidas a montagem "de novo", através de um "pipeline" do BSRI, para reconstrução dos genomas virais, as sequências consensos geradas serão submetidas à caracterização genética focando na identificação das redes de transmissão e propagação viral. As sequências consensos serão alinhadas com outras disponíveis no Genbank e submetidas a análises de máxima verossimilhança e bayesiana, visando determinar as relações evolutivas das cepas circulantes nos contextos nacional e global. Modelos de substituição nucleotídica apropriada, relógio molecular e coalescente serão determinados utilizando estimadores de média harmônica, como por exemplo, path sampling e stepping stone. Taxas de movimentação das linhagens virais entre as populações serão quantificadas utilizando abordagens filogeográficas discretas. Coordenadas de latitude e longitude serão aplicadas a cada isolado, para usar modelos de difusão contínua e resumir as estatísticas epidemiológicas, como a velocidade de dispersão. Modelos skyline de coalescência e nascimento-morte serão usados para estimar a taxa de crescimento da epidemia através do tempo das diferentes linhagens circulantes. Taxas de mudanças sinônimas e não-sinônimas serão quantificadas utilizando contagem de renascimento e algoritmos recentes para quantificar adaptação molecular, os quais vêm sendo desenvolvidos pela equipe de Oxford. Vírus dos casos mais graves de dengue também serão sequenciados e analisados para verificar se há algum "motif" ou mutação associada com severidade. A associação entre mutações e severidade será testada levando-se em conta a incerteza filogenética. Em resumo, o estudo irá combinar dados genéticos, ecológicos, clínicos e de vigilância para entender a epidemiologia do DENV, CHIKV e ZIKV. A proposta visa reduzir os encargos causados por importantes surtos deste vírus no Brasil, com benefícios potenciais para a saúde pública e desenvolvimento de vacinas.