Questo report descrive le caratteristiche genetiche di ulteriori 103 campioni di SARS-CoV-2 identificati in Veneto, per un totale di 224 campioni prelevati tra novembre 2020 e febbraio 2021 e 36 campioni raccolti tra marzo e ottobre 2020.
Su mandato regionale l’Istituto Zooprofilattico Sperimentale delle Venezie (IZSVe) sta monitorando le caratteristiche genetiche e la variabilità dei ceppi di SARS-CoV-2 presenti in Veneto. L’emergere di mutazioni nel genoma di agenti virali ad RNA come SARS-CoV-2 è un evento naturale ed atteso. Cambiamenti nella trasmissibilità del virus, nella gravità della malattia, nella capacità del virus di sfuggire all’immunità acquisita (post-infezione o vaccinazione) e ai test diagnostici in uso: questi sono gli elementi cruciali che definiscono le dinamiche di interazione di SARS-CoV-2 con la popolazione ospite. Sequenziare il genoma di un virus significa poter riconoscere l’emergere di varianti virali che possono modificare l’andamento e l’impatto dell’epidemia. Le mutazioni più interessanti sono a livello della proteina Spike del virus data l’importanza che questa riveste per il legame con i recettori cellulari e perché verso di essa sono rivolti i principali anticorpi che danno la protezione verso l’infezione e le forme cliniche.
Le analisi descritte in questo reprt sono basate sulle sequenze disponibili in GISAID in data 8 marzo 2020. Si ringraziano tutti coloro che hanno condiviso le sequenze nel database e le ULSS 1, ULSS 2, ULSS 3, ULSS 4, ULSS 5, ULSS 6, ULSS 7, ULSS 8, ULSS 9, U.O.C Microbiologia e virologia dell’Azienda ospedaliera/Università di Padova e dell’Azienda ospedaliera universitaria integrata di Verona che hanno inviato i campioni oggetto di questo report.
In evidenza
- Identificati 21 lineage in Veneto dal mese di novembre 2020. Nel mese di febbraio 2021 è stata individuata la circolazione di 9 lineage distinti, di cui 5 mai descritti in Veneto in precedenza.
- Il risultato della seconda sorveglianza “Prevalenza delle varianti VOC 202012/01 (lineage B.1.1.7), P.1, e 501.V2 (lineage B.1.351) in Italia” del 18 febbraio, coordinata da ISS, ha evidenziato un aumento della prevalenza della variante inglese VOC-202012/01 (lineage 1.1.7) in Veneto, che è passata da circa il 17% della prima sorveglianza ISS del 4-5 febbraio al 56.6%.
- Seppure a fine febbraio non siano state implementate ulteriori indagini di prevalenza coordinate dall’Istituto Superiore di Sanità (ISS), si ipotizza che la variante inglese VOC-202012/01 possa aver ulteriormente aumentato la sua presenza sul territorio regionale, data la sua rilevazione nell’88,4% dei campioni prelevati nell’ultima settimana di febbraio, conferiti nell’ambito della sorveglianza regionale. La prossima sorveglianza coordinata dall’ISS prevista nel mese di marzo sarà di aiuto nel definire la reale prevalenza della VOC-202012/01 nella regione.
- Due campioni prelevati tra fine gennaio e inizio febbraio nelle province di Padova e Venezia da pazienti appartenenti ad un singolo cluster di infezione appartengono alla variante brasiliana P.1. Nessuno dei pazienti riportava recenti viaggi all’estero o contatti con pazienti provenienti dall’estero. La variante P.1 si caratterizza per una maggiore trasmissibilità rispetto alla variante wildtype e una maggiore resistenza all’attività neutralizzante del plasma di individui guariti dall’infezione e del siero di individui vaccinati.
- Un campione prelevato a febbraio appartiene alla variante brasiliana P.2, la quale similmente alla variante P.1, si caratterizza per la presenza della mutazione E484K nella proteina Spike
- Un campione prelevato in provincia di Venezia (ULSS 4) a febbraio, da un contatto con una persona positiva rientrata dalla Nigeria, appartiene alla variante Nigeriana B.1.525
- Non sono stati identificati casi di variante 501.V2 (variante sudafricana)
Limiti dello studio
Il numero di campioni sequenziati ad oggi da IZSVe è limitato rispetto al numero di casi positivi in Veneto e fornisce solo un’istantanea parziale delle possibili varianti circolanti nel territorio.
Varianti identificate in Veneto
In totale, i virus caratterizzati in Veneto da novembre 2020 appartengono a 21 diversi PANGO lineage (nomenclatura aggiornata al 8 marzo 2021) (Tabella 1), di cui 7 (B.1.177, B.1.177.7, B.1.177.10, B.1.160, B.1.160.7, P.1, B.1.1.7) appartengono a varianti selezionate dal Centro europeo per la prevenzione e controllo delle malattie (ECDC) come VOC “variants of concern” (Tabella 1).
Similmente a quanto osservato nel territorio nazionale, i lineage prevalenti circolanti in Veneto dal mese di novembre sono il B.1.177 (20A.EU1), B.1.160 (20A.EU2) e la variante inglese B.1.1.7 (VOC 202012/01) (Figure 1 e 2 e Tabella 1), con quest’ultima che ha rapidamente assunto la condizione di variante prevalente.
Tabella 1. Lista delle varianti identificate in Veneto a partire dal mese di novembre 2020. In grassetto le varianti indicate da ECDC come varianti di particolare interesse o VOC (“variants of concern”). I dati riportati fanno riferimento solamente ai virus di cui si dispongono sequenze del genoma completo. In rosso sono evidenziate le varianti inglese (B.1.1.7 – VOC 202012/01) e brasiliana (P.1 – 20J/501Y.V3)
| Lineage | Nov-20 | Dic-20 | Gen-21 | Feb-21 | Totale nov/20-feb/21 |
|---|---|---|---|---|---|
| B.1.177 (Nextstrain cluster 20E.EU1) | 37 | 51 | 25 | 11 | 124 |
| B.1.160 (Nextstrain cluster 20A.EU2) | 11 | 18 | 4 | 5 | 38 |
| B.1.1.7 (VOC 202012/01) | 0 | 8 | 7 | 5 | 20 |
| B.1.1.1 | 5 | 5 | 0 | 0 | 10 |
| A.21 | 4 | 2 | 1 | 0 | 7 |
| B.1.221 | 3 | 3 | 1 | 0 | 7 |
| B.1.258 | 1 | 4 | 0 | 2 | 7 |
| P.1 (20J/501Y.V3) | 0 | 0 | 1 | 1 | 2 |
| B.1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 2 |
| B.1.1.241 | 2 | 0 | 0 | 0 | 2 |
| B.1.367 | 1 | 1 | 0 | 0 | 2 |
| B.1.1.10 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| B.1.1.136 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| B.1.1.217 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| B.1.1.307 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| B.1.177.10 (Nextstrain cluster 20E.EU1) | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| B.1.177.7 (Nextstrain cluster 20E.EU1) | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| B.1.160.7 (Nextstrain cluster 20A.EU2) | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| B.1.258.17 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| B.1.525 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| P.2 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
Figura 1. Distribuzione dei diversi lineage per mese in Italia (dati basati sulle sequenze italiane disponibili in GISAID in data 08/03/2021).
Figura 2. Distribuzione mensile dei principali lineage circolanti in Italia sulla base dei genomi completi disponibili. Si può notare che i genotipi B.1 e B.1.1.29 non sono più stati rilevati dalla seconda metà dello scorso anno mentre sono diventati prevalenti i genotipi B.1.177 e B.1.1.7 (dati basati sulle sequenze italiane disponibili in GISAID in data 08/03/2021).
Da segnalare nel mese di febbraio
Aumento dei casi di variante inglese B.1.1.7 (VOC 202012/01)
Questo report descrive esclusivamente i campioni per i quali è stato sequenziato il genoma completo. Tuttavia, per la variante B.1.1.7 riteniamo opportuno riportare anche i dati ottenuti dai risultati del sequenziamento parziale della proteina Spike di tutti i campioni relativi al mese di febbraio 2021 (dati disponibili al giorno 09/03/2021). Tali dati mostrano chiaramente che la variante B.1.1.7 è ormai diventata la variante prevalente nella nostra regione, passando da un 17,6% nella prima settimana (1 – 7 febbraio) a un 88,4% nella quarta settimana (22 – 28 febbraio) del mese (Figura 3).
L’analisi del genoma completo non ha evidenziato ad oggi l’emergere di ulteriori mutazioni a livello del sito recettoriale della proteina Spike in questo lineage, segnalate in letteratura per il loro impatto sul fenotipo virale.
Figura 3. Frequenza della variante B.1.1.7 sulla base del sequenziamento parziale della proteina Spike di tutti i campioni prelevati nel mese di febbraio e inviati all’IZSVe.
Identificazione di un cluster di infezione della variante brasiliana P.1
Tra fine gennaio e i primi di febbraio 2021 è stato riportato un focolaio di variante brasiliana P.1 in otto pazienti delle province di Padova (inviati da UOC Microbiologia e Virologia di Padova) e Venezia. Il caso indice non riportava viaggi recenti all’estero o contatto con soggetti che avevano soggiornato di recente all’estero. Per due di questi campioni è stato ottenuto il genoma completo: le sequenze sono risultate identiche tra loro.
Questa variante, riportata per la prima volta in Giappone in viaggiatori di ritorno dal Brasile e successivamente in Brasile, appartiene al Nextstrain clade 20B (https://nextstrain.org/), GISAID clade GR (https://www.gisaid.org/) e PANGO lineage P.1 (https://cov-lineages.org/). Tale variante si caratterizza per 11 mutazioni nella proteina Spike rispetto al lineage progenitore (B.1.1.28), tre delle quali localizzate nel dominio di legame al recettore (sottolineate): L18F, T20N, P26S, D138Y, R190S, K417T, E484K, N501Y, H655Y, T1027I, and V1176F (Figura 4).
Da notare che i due casi veneti di variante brasiliana qui riportati non presentano la mutazione nella Spike K417T (Figura 4), che è invece presente in tutte le altre sequenze italiane appartenenti a questo lineage (117 sequenze depositate in GISAID in data 11/03/2021).
La variante P.1 si caratterizza per un aumento della trasmissibilità (2.5 volte più elevata rispetto alla variante wildtype) (Faria et al., preprint; Coutinho et al., preprint). Inoltre tale variante sembra sfuggire al riconoscimento da parte di diversi anticorpi monoclonali e si ipotizza essere associata ad una riduzione della capacità neutralizzante del plasma di individui guariti dall’infezione (6.5 volte) e del siero di individui vaccinati (2.2-2.8 volte), seppure in misura minore rispetto a quanto riportato per la variante sudafricana B.1.351 (6.5-8.6 volte). La mutazione E484K sembra essere una delle principali responsabili della ridotta attività neutralizzante degli anticorpi (Wang et al., preprint).
Identificazione della variante brasiliana P.2
Un campione prelevato a febbraio appartiene alla variante brasiliana P.2. Si tratta di una variante identificata per la prima volta in Brasile ed è caratterizzata dalla mutazione E484K nella proteina Spike (Figura 4). Tale variante, identificata in Veneto per la prima volta, è stata sequenziata in Italia solo una volta in Friuli Venezia Giulia (in base ai dati disponibili in GISAID al 12/02/21).
Ad oggi non sono disponibili studi sulle caratteristiche di questa variante. Tuttavia la presenza della mutazione E484K nella proteina Spike, osservata anche nelle varianti brasiliana P.1 e sudafricana B.1.351, potrebbe essere responsabile di una riduzione della capacità neutralizzante degli anticorpi (Andreano et al., preprint).
Identificazione della variante nigeriana B.1.525
Un campione prelevato ad inizio febbraio in provincia di Venezia da un paziente venuto a contatto con un caso positivo di ritorno dalla Nigeria, è risultato appartenere alla variante B.1.525, conosciuta anche come variante nigeriana. Tale variante, identificata in Veneto per la prima volta, ma riportata in precedenza in altre regioni Italiane (Campania, Emilia Romagna, Lazio e Piemonte in base ai dati disponibili in GISAID al 12/03/21), si contraddistingue per le mutazioni Q52R, E484K, Q677H, F888L nella proteina Spike e le stesse delezioni in posizione 69-70 e 144 tipiche della variante inglese B.1.1.7. In aggiunta, il campione sequenziato presenta nella proteina Spike la mutazione A67V, già identificata in altri virus appartenenti a questo lineage (Figura 4).
Ad oggi non sono disponibili studi su questa variante. Tuttavia la presenza della mutazione E484K nella proteina Spike, osservata anche nelle varianti brasiliana P.1 e sudafricana B.1.351 potrebbe causare una riduzione della capacità neutralizzante degli anticorpi (Andreano et al., preprint).
Identificazione del lineage B.1.1.136
Il lineage B.1.1.136 è stato identificato in un campione prelevato nella provincia di Padova da un paziente di rientro dall’Iran. Si tratta della prima segnalazione in Italia del lineage B.1.1.136, un lineage molto raro identificato per la prima volta in Australia, il quale si caratterizza per la presenza della mutazione N501Y nella proteina Spike (Figura 4).
Ad oggi non sono disponibili studi su questa variante. Tuttavia consideriamo importante segnalare e monitorare tale lineage vista la presenza della mutazione N501Y nella proteina Spike, tipica anche delle varianti inglese B.1.1.7, brasiliana P.1 e sudafricana B.1.351.
Emergenza della mutazione E484K in un paziente con positività prolungata
Due campioni dello stesso paziente (positivo dal 03/12/2020) prelevati in data 07/01/2021 e 22/01/2021 sono stati sequenziati. I genomi di SARS-CoV-2 ottenuti dai due campioni appartengono al lineage B.1.177 e si differenziano tra di loro per 4 sostituzioni nucleotidiche e 3 amminoacidiche.
In particolare, il campione del 22/01 ha acquisito rispetto al campione del 07/01 le seguenti mutazioni (Figura 4):
- I310V nella proteina nsp3
- E484K nel dominio di legame al recettore della proteina Spike
- S929I nel dominio HR1 della proteina Spike
È particolarmente interessante l’acquisizione della mutazione E484K nella proteina Spike, osservata anche nelle varianti brasiliana P.1 e sudafricana B.1.351, che potrebbe ridurre la capacità neutralizzante degli anticorpi e che potrebbe essere comparsa come effetto di un’infezione prolungata, come già osservato da Andreano et al., preprint.
Inoltre entrambi i campioni presentano una delezione di 235 nucleotidi a livello dell’ORF8. È quindi probabile che la proteina NS8, codificata da ORF8, non venga espressa o non sia funzionante. Delezioni in questa regione del genoma sono state segnalate frequentemente (Barnaby et al., 2020). Inoltre è stato ipotizzato che la comparsa di delezioni in questo gene potrebbe essere dovuta anche ad una forte risposta anticorpale contro la proteina NS8 (Su et al., 2020). È possibile quindi che tale delezione sia comparsa nel virus nel corso della sua evoluzione intra-ospite per effetto della pressione selettiva esercitata da parte del sistema immunitario.
Emergenza di mutazioni nel sito di legame del recettore della proteina Spike nel lineage B.1.177
B.1.177 è uno dei lineage che ha circolato più estensivamente nel corso della seconda ondata epidemica in Italia. Nei campioni del mese di febbraio abbiamo osservato la comparsa di mutazioni nel sito di legame al recettore della proteina Spike (Figura 4), che meritano di essere evidenziate. Specificatamente:
- E484K: mutazione osservata in un campione della provincia di Venezia
- S494P: mutazione osservata in un campione della provincia di Rovigo. La mutazione S494P riduce l’affinità di uno specifico anticorpo monoclonale verso la proteina Spike (Tortorici et al., 2020).
- E516Q: mutazione osservata in un campione della provincia di Venezia riconducibile a un focolaio in una scuola. Tale mutazione cade all’interno di un epitopo riconosciuto da parte di anticorpi monoclonali (Wu et al., 2020)
- P521S: mutazione osservata in un campione della provincia di Padova prelevato da un paziente di ritorno dal Brasile. Non è noto l’effetto di tale mutazione sulle caratteristiche fenotipiche del virus.
Figura 4. Heatmap delle varianti amminoacidiche identificate nella proteina Spike dei campioni analizzati da Novembre 2020. I quadrati in verde evidenziano le mutazioni identificate in ciascun campione. I campioni analizzati nel presente report sono indicati in rosso. In giallo sono evidenziate le mutazioni tipiche della variante inglese (lineage B.1.1.7); in rosso: mutazioni del campione che cadono nel dominio di legame al recettore della Spike.
Parte 1
Parte 2
Referenze
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