Uma potencial variante de interesse (VOI) do SARS-CoV-2 com a mutação E484K na proteína Spike foi identificada dentro da linhagem B.1.1.33 circulando no Brasil.

Autores:

Paola Cristina Resende 1 *;

Tiago Gräf 2 *; *

Anna Carolina Dias Paixão 1 ; *

Luciana Appolinario 1 ; *

Renata Serrano Lopes 1 ; *

Ana Carolina da Fonseca Mendonça 1 ; *

Alice Sampaio Barreto da Rocha 1 ; *

Fernando Couto Motta 1 ; *

Lidio Gonçalves Lima Neto 3 ; *

Ricardo Khouri 2,4 ; *

Camila Indiani de Oliveira 2,4 ; *

Pedro Santos-Muccillo 2,5 ; *

João Felipe Bezerra 6 ; *

Dalane Loudal Florentino Teixeira 7 ; *

Irina Riediger 8 ; *

Maria do Carmo Debur 8 ; *

Rodrigo Ribeiro-Rodrigues 9 ; *

Anderson Brandão Leite 10 ; *

Cliomar Alves do Santos 11 ; *

Tatiana Schäffer Gregianini 12 ; *

Sandra Bianchini Fernandes 13 ; *

André Felipe Leal Bernardes 14 ; *

Andrea Cony Cavalcanti 15 ; *

Fábio Miyajima 16 ; Claudio Sachhi 17 ; *

Tirza Mattos 18 ; *

Cristiano Fernandes da Costa 19 ; *

Edson Delatorre 20 *; **

Gabriel L Wallau 21 *; **

Felipe G Naveca 22 *; **

Gonzalo Bello 23 *, **

Marilda Mendonça Siqueira *

Esses autores compartilham a primeira autoria *

Esses autores compartilham a autoria sênior **


1. Laboratory of Respiratory Viruses and Measles (LVRS), Oswaldo Cruz Institute, Fiocruz

2. Plataforma de Vigilância Molecular, Instituto Gonçalo Moniz, Fiocruz-BA

3. Laboratório Central de Saúde Pública do Estado do Maranhão (LACEN-MA)

4. Laboratório de Enfermidades Infecciosas Transmitidas por Vetores, Instituto Gonçalo Moniz, Fiocruz Bahia

5. Laboratório de Patologia e Biologia Molecular, Instituto Gonçalo Moniz, Fiocruz Bahia

6. Universidade Federal da Paraíba (UFPB)

7. Laboratório Central de Saúde Pública do Estado da Paraíba (LACEN-PB)

8. Laboratório Central de Saúde Pública do Estado do Paraná (LACEN-PR)

9. Laboratório Central de Saúde Pública do Estado do Espírito Santo (LACEN-ES)

10. Laboratório Central de Saúde Pública do Estado do Alagoas (LACEN-AL)

11. Laboratório Central de Saúde Pública do Estado do Sergipe (LACEN-SE)

12. Laboratório Central de Saúde Pública do Estado do Rio Grande do Sul (LACEN-RS)

13. Laboratório Central de Saúde Pública do Estado de Santa Catarina (LACEN-SC)

14. Laboratório Central de Saúde Pública do Estado de Minas Gerais (LACEN-MG)

15. Laboratório Central de Saúde Pública do Estado do Rio de Janeiro (LACEN-RJ)

16. Fundação Oswaldo Cruz - Fiocruz Ceará

17. Instituto Adolfo Lutz (IAL)

18. Laboratório Central de Saúde Pública do Amazonas, Manaus, Amazonas, Brazil.

19. Fundação de Vigilância em Saúde do Amazonas, Manaus, Amazonas, Brazil.

20. Departamento de Biologia. Centro de Ciências Exatas, Naturais e da Saúde, Universidade Federal do Espírito Santo, Alegre, Brazil.

21. Instituto Aggeu Magalhaes, Fiocruz-PE

22. Laboratório de Ecologia de Doenças Transmissíveis na Amazônia (EDTA), Leônidas e Maria Deane Institute, Fiocruz

23. Laboratório de AIDS e Imunologia Molecular, Oswaldo Cruz Institute, Fiocruz.


Resumo

A epidemia de SARS-CoV-2 no Brasil foi dominada por duas linhagens designadas como B.1.1.28 e B.1.1.33. Essa duas variantes do SARS-CoV-2 abrigam mutações no alelo de ligação do receptor da proteína Spike (S); designadas como linhagens P.1 e P.2, ambas evoluíram dentro da linhagem B.1.1.28 e estão se espalhando rapidamente no Brasil. A linhagem P.1 é considerada uma variante de preocupação (VOC) devido à presença de múltiplas mutações na proteína S (incluindo K417T, E484K, N501Y), enquanto a linhagem P.2 só contém a mutação S:E484K e é considerada uma variante de interesse (VOI). Aqui relatamos a identificação de uma nova VOI do SARS-CoV-2 dentro da linhagem B.1.1.33 que também contém a mutação S:E484K e foi detectada no Brasil entre novembro de 2020 e fevereiro de 2021. Esta VOI exibiu quatro mutações definidoras de linhagem não sinônimas (NSP3:A1711V, NSP6:F36L, S:E484K e NS7b:E33A) e foi designada como linhagem N.9. A VOI N.9 provavelmente surgiu em agosto de 2020 e se espalhou por diferentes estados brasileiros das regiões Sudeste, Sul, Norte e Nordeste.

Pesquisa prévia

A epidemia de SARS-CoV-2 no Brasil foi impulsionada principalmente pelas linhagens B.1.1.28 e B.1.1.33 que provavelmente surgiram em fevereiro de 2020 e eram as variantes mais prevalentes na maioria das regiões do país até outubro de 2020 (1,2) . Estudos genômicos recentes, no entanto, chamam a atenção para o surgimento de novas variantes do SARS-CoV-2 no Brasil com mutações no alelo de ligação ao receptor (RBD) da proteína Spike (S) que podem afetar a capacidade viral e a transmissibilidade.

Até o momento temos uma variante de interesse (VOC), designada como linhagem P.1 e uma variante de interesse (VOI) designada como linhagem P.2 que foram identificadas no Brasil; ambas evoluíram a partir da linhagem B.1.1.28 . A VOC P.1, descrita pela primeira vez em janeiro de 2021 (3), exibiu um número incomum de mutações definidoras de linhagem na proteína S (L18F, T20N, P26S, D138Y, R190S, K417T, E484K, N501Y, H655Y, T1027I) e seu surgimento foi associado a uma segunda onda epidêmica de COVID-19 no estado do Amazonas (4,5) . A VOI P.2, descrita pela primeira vez em amostras de outubro de 2020 no estado do Rio de Janeiro, foi diferenciada pela presença da mutação S:E484K em RBD e outras quatro mutações definidoras de linhagem fora da proteína S (6). A linhagem P.2 foi detectada como a variante mais prevalente em vários estados do país no final de 2020 e início de 2021.

Várias linhagens derivadas de B.1.1.33 são atualmente definidas pelo sistema Pangolin, incluindo: a linhagem N.1 detectada nos EUA, a linhagem N.2 detectada no Suriname e na França, a linhagem N.3 circulando na Argentina e as linhagens N.4 e B.1.1.314 circulando no Chile. No entanto, nenhuma dessas linhagens derivadas de B.1.1.33 foram caracterizadas por mutações preocupantes na proteína S. Aqui, definimos a linhagem N.9 dentro da diversidade de B.1.1.33, que abriga a mutação E484K na proteína S, conforme foi detectado em diferentes estados brasileiros entre novembro de 2020 e fevereiro de 2021.

O estudo

Nosso levantamento genômico utiliza amostras positivas para SARS-CoV-2 sequenciadas pela Rede de Vigilância Genômica para a COVID-19 da Fiocruz colhidas entre 12 de março de 2020 e 27 de janeiro de 2021; esse estudo identificou 422 sequências como pertencentes à linhagem B.1.1.33 (Anexo 1). A seguir, essas sequências foram combinadas com 816 B.1.1.33, disponíveis no banco de dados EpiCoV do GISAID até 1º de março de 2021 (Tabela 1 do Apêndice). O perfil mutacional foi investigado usando a ferramenta nextclade, onde foi encontrada a mutação S:E484K em 34 sequências. A análise filogenética de máxima verossimilhança (ML) conduzida usando IQ-TREE v2.1.2 (7) revelou que 32 sequências B.1.1.33 (E484K) ramificadas tem um alto grau de aderência ao modelo (teste de razão de verossimilhança aproximada [aLRT] = 98%) do clado monofilético que define uma nova VOI potencial, no caso designada como linhagem N.9 PANGO (8). As outras duas sequências que abrigam a mutação E484K se ramificaram separadamente em uma díade altamente suportada (aLRT = 100%) (Figura 1a). A VOI N.9 é caracterizada por quatro mutações definidoras de linhagem não sinônimas (NSP3:A1711V, NSP6:F36L, S:E484K e NSP7b:E33A) e também contém um grupo de três sequências da linhagem B.1.1.33 do estado do Amazonas que não tem cobertura de sequenciamento na posição 484 da proteína S, mas compartilha as mutações definidoras de linhagem N.9 restantes (Tabela 1). A díade B.1.1.33 (E484K) compreende duas sequências do estado do Maranhão e foram caracterizadas por um conjunto diferente de mutações não sinônimas (dados não mostrados).

Tabela 1. Mutações sinapomórficas da linhagem N.9 do SARS-CoV-2.

Região genômica (proteína) Nucleotideo Aminoácido
ORF1a G1264T -
ORF1a C7600T -
ORF1a (NSP3) C7851T A2529V (A1711V)
ORF1a (NSP6) T11078C F3605L (F36L)
Spike S G23012A E484K
ORF7b (NSP7b) A27853C E33A

Dentre os 35 genomas identificados até o momento como VOI N.9, (10) todos os estados brasileiros foram representados, sugerindo que essa linhagem já está bastante dispersa no país. A VOI N.9 foi detectada pela primeira vez no estado de São Paulo em 11 de novembro de 2020, e logo depois em outros estados brasileiros do Sul (Santa Catarina), Norte (Amazonas e Pará) e Nordeste (Bahia, Maranhão, Paraíba, Pernambuco, Piauí e Sergipe) (Figura 1b). A análise da estrutura temporal usando o TempEst (9) revelou que a divergência geral da linhagem N.9 é consistente com o padrão de substituição de outras sequências B.1.1.33 (Figura 1c), sugerindo assim nenhum acúmulo incomum de mutações nesta VOI. A reconstrução bayesiana usando um modelo de relógio molecular estrito com uma taxa de substituição uniforme anterior (8 - 10 × 10-4 substituições/local/ano) conforme implementado em BEAST 1.10 (10) estimou o surgimento da VOI N.9 mais provavelmente nos estados de São Paulo ( Probabilidade do Estado Posterior [ PSP ] = 0,42), Bahia ( PSP = 0,32) ou Maranhão ( PSP = 0,18) em 15 de agosto de 2020 (95% Alta Densidade Posterior [HPD]: 16 de junho - 22 de setembro de 2020) (Figura 1d). Essa análise também revelou que algumas mutações adicionais foram adquiridas durante a evolução da VOI N.9 no Brasil, determinando dois subclados altamente suportados (PP > 0,95). Um subclado, que contém principalmente sequências do estado de São Paulo, provavelmente surgiu em 16 de outubro (95% HPD: 22 de setembro - 5 de novembro) e foi definido por mutações adicionais NSP3:S1285F e NSP15:K12N. O outro subclado que compreende principalmente sequências da região Norte provavelmente surgiu em 29 de outubro (95% HPD: 5 de outubro - 17 de novembro) e foi definido por mutações adicionais NSP1:T170I e S:A344S (Figura 1d).

Figura 1

a) Árvore filogenética de máxima verossimilhança (ML) das sequências do genoma completo da variante B.1.1.33 do Brasil. As sequências B.1.1.33 com a mutação S:E484K são representadas por círculos rosa (VOI N.9) e verdes [B.1.1.33 (E484K)]. O clado VOI N.9 é destacado em rosa. Os valores de suporte aLRT são indicados em nós chave e os comprimentos dos ramos são desenhados em escala com a barra esquerda indicando substituições de nucleotídeos por local.

b) Distribuição geográfica do VOI N.9 identificado no Brasil. Os nomes dos estados brasileiros seguem o padrão ISO 3166-2.

c) Correlação entre a data de amostragem das sequências B.1.1.33 e sua distância genética da raiz da árvore filogenética ML. As cores indicam o clado B.1.1.33 conforme indicado em a).

d) Análise filogeográfica bayesiana da linhagem N.9. As cores das pontas e dos ramos indicam o estado de amostragem e a localização inferida mais provável de seus nós descendentes, respectivamente, conforme indicado na legenda. Probabilidades posteriores do ramo são indicadas em nós chave. As caixas destacam dois subclados N.9 com mutações adicionais (indicadas em cada caixa). A árvore foi enraizada automaticamente sob a suposição de um relógio molecular estrito e todos os comprimentos de ramificação horizontal são escalonados no tempo.

Conclusões

Neste estudo identificou-se o surgimento de uma nova VOI (S:E484K) dentro da linhagem B.1.1.33 circulando no Brasil. Essa VOI N.9 apresentou baixa prevalência (~3%) entre todas as amostras brasileiras de SARS-CoV-2 analisadas entre novembro de 2020 e fevereiro de 2021, mas já está amplamente dispersa no país e compreende uma alta fração (35%) das sequências B.1.1.33 detectadas naquele período. A mutação S:E484K foi identificada como uma das substituições mais importantes, sendo a que mais pode contribuir para a evasão imunológica, pois confere resistência a vários anticorpos monoclonais e também reduz a potência de neutralização de alguns soros policlonais de indivíduos convalescentes e vacinados (11-13) . A mutação S:E484K emergiu independentemente em vários VOCs (P.1, B.1.351 e B.1.1.7) e VOIs (P.2 e B.1.526) (14) espalhando-se pelo mundo, e é provavelmente um exemplo de evolução convergente e adaptação contínua do vírus ao hospedeiro humano.

A data de início do VOI N.9 aqui estimada em meados de agosto coincide aproximadamente com o tempo estimado de emergência do VOI P.2 no final de 6 de julho e logo precede a detecção de uma grande mudança global no SARS-CoV-2 cenário após outubro de 2020 (15). Esses achados indicam que as variantes 484K provavelmente surgiram simultaneamente nas duas linhagens virais mais prevalentes circulando no Brasil por volta de julho-agosto, mas podem ter adquirido apenas algumas vantagens de aptidão que aceleraram sua disseminação após outubro de 2020. Prevemos que a epidemia brasileira de COVID-19 durante 2021 será dominada por uma matriz complexa de variantes B.1.1.28 (484K), incluindo P.1 e P.2, e B.1.1.33 (484K) variantes estas que irão substituir completamente as linhagens parentais 484E que impulsionaram a epidemia em 2020. A implementação de medidas de mitigação eficientes no Brasil é crucial para reduzir a transmissão na comunidade e prevenir o surgimento recorrente de variantes mais transmissíveis que podem agravar ainda mais a epidemia no país.

As opiniões expressas pelos autores não refletem necessariamente as opiniões do Ministério da Saúde do Brasil ou das instituições às quais os autores são afiliados.

Reconhecimentos

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética da FIOCRUZ-IOC (CAAE: 68118417.6.0000.5248 e 32333120.4.0000.5190) e o SISGEN do Ministério do Meio Ambiente (MMA) (A1767C3).

Os autores desejam agradecer a todos os profissionais de saúde e cientistas que trabalharam duro para lidar com esta pandemia, a equipe GISAID e todos os remetentes do banco de dados EpiCoV. A tabela de reconhecimento GISAID contendo sequências usadas neste estudo está anexada a este post (Apêndice Tabela 1). Agradecemos também o apoio dos membros da Rede de Vigilância Genômica da Fiocruz COVID-19 (http://www.genomahcov.fiocruz.br/ 6), a Vigilância Genômica de Vírus Respiratórios. À Coordenação Geral da Rede de Laboratórios (CGLab), Ministério da Saúde (MS), Laboratórios Centrais dos Estados Brasileiros (LACENs), Ministério da Saúde (MS) e equipes de vigilância do Amazonas para parceria na vigilância viral no Brasil. Apoio financeiro FAPEAM (PCTI-EmergeSaude/AM - call 005/2020 e Rede Genômica de Vigilância em Saúde - REGESAM); Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (bolsa 403276/2020-9); Inova Fiocruz/Fundação Oswaldo Cruz (Bolsa VPPCB-007-FIO-18-2-30 - Geração de conhecimento).

Referências:

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  4. Naveca F, Nascimento V, Souza V, et al. COVID-19 epidemic in the Brazilian state of Amazonas was driven by long-term persistence of endemic SARS-CoV-2 lineages and the recent emergence of the new Variant of Concern P.1. Research Square, 2021. COVID-19 epidemic in the Brazilian state of Amazonas was driven by long-term persistence of endemic SARS-CoV-2 lineages and the recent emergence of the new Variant of Concern P.1 - Research Square 2
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  14. Gangavarapu K, Alkuzweny M, Cano M, et al. outbreak.info. Available online: https://outbreak.info. 2020.
  15. Martin DP, Weaver S, Tegally H, et al. The emergence and ongoing convergent evolution of the N501Y lineages coincides with a major global shift in the SARS-CoV-2 selective landscape. medRxiv 2021.

Apêndice 1

GISAID accession numbers of genomes lineage B.1.1.33 from this study EPI_ISL_427294 to EPI_ISL_427298; EPI_ISL_427302 to EPI_ISL_427304; EPI_ISL_456071 to EPI_ISL_456077; EPI_ISL_456079 to EPI_ISL_456082; EPI_ISL_456084 to EPI_ISL_456087; EPI_ISL_456089 to EPI_ISL_456096; EPI_ISL_456098 to EPI_ISL_456106; EPI_ISL_467345; EPI_ISL_467347 to EPI_ISL_467353; EPI_ISL_467355; EPI_ISL_467357; EPI_ISL_467358; EPI_ISL_467360 to EPI_ISL_467365; EPI_ISL_467367 to EPI_ISL_467371; EPI_ISL_541347 to EPI_ISL_541350; EPI_ISL_541352; EPI_ISL_541353; EPI_ISL_541356 to EPI_ISL_541358; EPI_ISL_541360 to EPI_ISL_541365; EPI_ISL_541367; EPI_ISL_541369; EPI_ISL_541370; EPI_ISL_541376; EPI_ISL_541382; EPI_ISL_541385; EPI_ISL_541388; EPI_ISL_541392; EPI_ISL_541397 to EPI_ISL_541399; EPI_ISL_729794 to EPI_ISL_729798; EPI_ISL_729800; EPI_ISL_729802; EPI_ISL_729807; EPI_ISL_729809; EPI_ISL_729810; EPI_ISL_729812; EPI_ISL_729814; EPI_ISL_729816; EPI_ISL_729817 to EPI_ISL_729821; EPI_ISL_729823; EPI_ISL_729825; EPI_ISL_729826 to EPI_ISL_729833; EPI_ISL_729837 to EPI_ISL_729839; EPI_ISL_729841 to EPI_ISL_729844; EPI_ISL_729849; EPI_ISL_729851; EPI_ISL_729857; EPI_ISL_729858; EPI_ISL_729860; EPI_ISL_792561; EPI_ISL_792571 to EPI_ISL_792573; EPI_ISL_792579; EPI_ISL_792583; EPI_ISL_792588; EPI_ISL_792589; EPI_ISL_792593; EPI_ISL_792594; EPI_ISL_792596; EPI_ISL_792600; EPI_ISL_792601 to EPI_ISL_792603; EPI_ISL_792608; EPI_ISL_792610; EPI_ISL_792612; EPI_ISL_792623; EPI_ISL_792637; EPI_ISL_792640; EPI_ISL_792644; EPI_ISL_792648; EPI_ISL_1181353 to EPI_ISL_1181624.