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EPIDEMIOLOGIA E CARACTERIZAÇÃO MOLECULAR DE ROTAVÍRUS A NO BRASIL, 2018-2022: DIVERSIDADE GENÉTICA E DINÂMICA EVOLUTIVA DE GENÓTIPOS EMERGENTES E INCOMUNS
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Epidemiology and molecular characterization of Rotavirus A in Brazil, 2018-2022: genetic diversity and evolutionary dynamics of emerging and unusual genotypesAuthor
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Abstract in Portuguese
O rotavírus A (RVA) continua sendo uma das principais causas de mortalidade por gastroenterite aguda (GA) em crianças < 5 anos, apesar da eficácia das vacinas em vários países do mundo. O genoma de ácido ribonucleico (RNA) segmentado, permite que eventos de rearranjos e mutações, pode levar ao surgimento de cepas incomuns e novas por meio de transmissão interespécies, afetando à população humana. Este trabalho tem como objetivo investigar a diversidade genética e dinâmica evolutiva de genótipos de RVA em crianças e adultos sintomáticos com GA no Brasil durante 2018 - 2022. Com este propósito, metodologias de detecção, quantificação (RT-qPCR), caracterização molecular (RT-PCR one-step multiplex), sequenciamento e análises filogenéticas foram feitas, além de análises evolutivas e de filogeografía usando IQTREE v2.1.2, TempEst v1.5.36, BEAST v1.10 e BEAGLE, que foram aplicadas em amostras coletadas da Rede de Vigilância de Rotavírus. Em nosso estudo, detectamos a prevalência de RVA em 12% das amostras em 2018 e 2019. Diminuindo em 7,7% durante pandemia de COVID-19 (2020-2022). Observamos que a incidência de RVA foi maior em crianças >24–60 meses no período pré-pandêmico. Porém, no período pandêmico, mudanças nas faixas etárias (criança de 0-6 meses) foram observadas. O genótipo G3P[8] foi dominante em 2018 e 2019 e identificamos a circulação de cepas equine-like G3P[8] DS-1-like possuindo um gene NSP2 (Wa-Like) em um surto. A análises filodinâmico determinou uma taxa evolutiva de equine-like G3P[8] de 3,8 × 10-3 substituições/local/ano. Pela análise filogeográfica sugere que as cepas variantes G3 se originou na Ásia em 2010 e se espalhou por Europa, Caribe e América do Sul. Múltiplas introduções desta cepa foram detectadas no Brasil, resultando em cinco clusters nacionais. Assim, o cluster BR-I, destacou-se como a principal via de disseminação da equine-like G3 no país, com uma possível estabilização no final do 2019. Assim, esta variante G3 poderia ter sido substituído pelo genótipo emergente G6P[8] (10.6%; 2020 and 83.5%; 2022) no período pandêmico. Este genótipo G6 apresentou uma constelação genômica DS-1-like por primeira vez reportada em humanos. Foram observadas substituições de aminoácidos localizadas em regiões imunodominantes das proteínas VP7 e VP4 (VP8*) de cepas incomuns (G12P[6], G6P[8]) comparadas com ambas vacinas (Rotarix™ e RotaTeq™). Os resultados fornecidos neste estudo contribuem para a compreensão geral da diversidade e evolução genética dos RVA, reforçando a necessidade de manter a vigilância epidemiológica contínua para detectar precocemente o surgimento e disseminação de cepas de RVA e fornecer informação do impacto da vacina.
Abstract
Rotavirus A (RVA) remains one of the main causes of mortality from acute gastroenteritis (AG) in children < 5 years of age, despite the effectiveness of vaccines in several countries around the world. The segmented ribonucleic acid (RNA) genome, allows reassortment and mutation events, can lead to the emergence of unusual and new strains through interspecies transmission, affecting the human population. This work aims to investigate the genetic diversity and evolutionary dynamics of RVA genotypes in children and adults symptomatic with AGE in Brazil during 2018 - 2022. For this purpose, detection methodologies, quantification (RT-qPCR), molecular characterization (RT-PCR one-step multiplex), sequencing and phylogenetic analyzes were carried out, in addition to evolutionary analyzes and phylogeography using IQTREE v2.1.2, TempEst v1 .5.36, BEAST v1.10 and BEAGLE, were applied to samples collected from the Rotavirus Surveillance Network. In our study, we detected the prevalence of RVA in 12% of samples in 2018 and 2019. Decreasing by 7.7% during the COVID-19 pandemic (2020-2022). We observed that the incidence of RVA in children >24–60 months in the pre-pandemic period. However, during the pandemic period, changes in age groups (children aged 0-6 months) were observed. The G3P[8] genotype was dominant in 2018 and 2019 and we identified the circulation of equine-like G3P[8] DS-1-like strains possessing a Wa-like NSP2 gene in an outbreak. Phylodynamic analysis determined an evolutionary rate of equine-like G3P[8] of 3.8 × 10-3 substitutions/site/year. Phylogeographic analysis suggests that the G3 variant strains originated in Asia in 2010 and spread across Europe, the Caribbean and South America. Multiple introductions of this strain were detected in Brazil, resulting in five national clusters. Thus, the BR-I cluster stood out as the main route of dissemination of equinelike G3 in the country, with a possible stabilization at the end of 2019. Thus, this G3 variant could have been replaced by the emerging genotype G6P[8] (10.6%; 2020 and 83.5%; 2022) during the pandemic period. This G6 genotype presented a DS-1-like genome constellation for the first time reported in humans. Amino acid substitutions located in immunodominant regions of the VP7 and VP4 (VP8*) proteins of unusual strains (G12P[6], G6P[8]) compared with both vaccines (Rotarix™ and RotaTeq™) were observed. The results provided in this study contribute to the general understanding of the diversity and genetic evolution of RVA, reinforcing the need to maintain continuous epidemiological surveillance to early detect the emergence and spread of RVA strains and provide information on the impact of the vaccine.
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