Sağlık çalışanlarında SARS-CoV-2 genom analizi ile salgın dinamiklerinin incelenmesi
SARS-CoV-2 genom analysis and investigation of epidemic dymanics in healthcare workers
Yazar: IRMAK GÜZEL
Danışman: PROF. DR. AYÇA ARZU SAYINER
Dokuz Eylül Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2023
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: COVID 19 = COVID 19 ; Genom = Genome ; Pandemiler = Pandemics ; SARS virüsü = SARS virus ; Sağlık personeli = Health personnel

Özet:
Giriş ve Amaç: SARS-CoV-2 insanda salgına yol açan üçüncü zoonotik betakoronavirüstür. Sağlık çalışanları arasındaki SARS-CoV-2 enfeksiyonunun yayılımını incelemek, virüsün hastane içindeki veya hastane ile toplum arasındaki bulaşını sınırlayacak yöntemleri belirlemek ve pandeminin kontrolünü sağlamak açısından kritik öneme sahiptir. Filyasyon çalışmaları, bulaş dinamiklerini anlamada bazı ipuçları sunmakla birlikte ilişkileri değerlendirmek için viral kanıtlar gereklidir. Çalışmamızda, Dokuz Eylül Üniversitesi (DEÜ) Araştırma Uygulama Hastanesi'nde SARS-CoV-2 saptanan sağlık çalışanları ve temaslılarından oluşan kümelerde, epidemiyolojik verinin tam viral genom sekansı ve filogenetik analizle değerlendirilerek bulaş ağlarının incelenmesi amaçlanmıştır. 
Gereç ve Yöntem: DEÜ Araştırma Uygulama Hastanesi'nde Mart 2020 ile Kasım 2021 arasında SARS-CoV-2 RNA pozitif sağlık çalışanları ve ilişkili olduğu düşünülen kişilerin verileri retrospektif olarak incelendi. Belirlenen 93 kişinin (28 küme) arşivlenmiş nazofaringeal sürüntü örneklerinden EZ1 Virus Mini Kit v2.0 (QIAGEN, Almanya) kullanılarak nükleik asid ekstrakte edildi. Sekans analizi öncesi, SARS-CoV-2 RNA tespiti RealStar®SARS-CoV-2 RT-PCR v1.0 (Altona Diagnostics) kiti ve Rotor-Gene Q cihazı kullanılarak tekrarlandı. RT Ct<28 olan örnekler seçildi ve Illumina platformunda QIAseq DIRECT SARS-CoV-2 (Qiagen) protokolü ile tam genom dizileme gerçekleştirildi. Dizi analizi CLC Genomics Workbench programında (Qiagen, Almanya) WuhanH1 (GenBank:MN908947.3) dizisi referans alınarak yapıldı. Dizileme kalite kriterlerine uyan 63 örnek (20 küme) ileri analizlerle değerlendirildi. Referans dizi, çalışmadaki 63 örneğe ait diziler ve GISAID ile GenBank'tan alınan diğer diziler ile, MEGA 11 programında "bootstrap" değeri 200 olacak şekilde, "Maximum Likelihood" ağaçları oluşturuldu. Filogenetik ağaçlar FigTree (v1.4.4) programı ile düzenlendi. Veriler SPSS 24.0 paket programıyla analiz edildi.
Bulgular ve Sonuç: Çalışmaya dahil edilen 63 kişinin 40'ı sağlık çalışanıydı ve ortalama yaş 34.1 ± 9.3 yıl olarak tespit edildi. Kalan 23 kişi ise temaslı aile üyelerinden oluşmaktaydı ve ortalama yaş 33.7± 21.3 yıl idi. Gruptaki 63 kişinin 35'i (%56') kadındı. Katılımcıların çoğu enfeksiyonu hafif -orta şiddette klinik semptomlar ile geçirdi. Dizilerde, ham veri sayısı 820 bin ile 5 milyon okuma aralığında değişmekteydi. Örneklerden elde edilen konsensus dizi uzunlukları ortalama 29.771 ± 77.3 baz idi.  Referans genomun en çok %99 en az %82'ini kapsayan dizilerde, ortalama kapsam 4335 ± 1312 idi. Diziler 10x derinliğinde genomun ortalama %97.9 ± 1.9 kapsamaktaydı. Örneklerin RT PCR Ct değerleri düştükçe, dizileme kalitesinin arttığı belirlendi. Grupta, SARS-CoV-2'nin 4 farklı dalına (clade) ait 14 farklı soy (lineage) tespit edildi. 180'si non-sinonim, 97'si sinonim, 7'si kodlanmayan olmak üzere toplam 284 nükleotidte varyasyon saptandı. Varyasyonlar en sık ORF1ab ve S gen bölgelerinde tanımlandı. Mutasyonların arasında enfektivite, nötralizasyon ve klinik prognozu etkileyebilecek önemde olanlar değerlendirildi. Epidemiyolojik ilişkinin güçlü olduğu kümelerde, örnekler birbirinden en fazla iki varyasyon ile farklılık gösterdi. Sekans analizi ve filogenetik ağaç ile değerlendirme sonrası, virüsün, 5 kümeye tek bir kaynaktan girmediği, diğer 15 kümede ise temas izleme verileriyle uyumlu olarak tek odak olabileceği doğrulandı. Enfekte sağlık çalışanlarından toplanan bilgiler, sağlık çalışanlarına virüs bulaş nedenleri, aile içinde veya hastanede ortak kullanılan çalışma ve dinlenme alanlarında, kişisel koruyucu ekipman (KKE) kullanımındaki eksiklikler ve de mesafe kurallarına uyulmaması olarak gösterildi.
Virüsün tam genom analizi, epidemiyolojik verilerin daha doğru değerlendirilmesini sağlayarak SARS-CoV-2'nin karmaşık bulaş dinamiklerinin anlaşılmasına katkıda bulunmuştur.

Abstract:
Introduction and Aim: SARS-CoV-2 is the third zoonotic beta coronavirus that caused outbreak in humans. Examining SARS-CoV-2 infection among healthcare workers (HCWs) is of critical importance in controlling the pandemic by limiting the spread of the virus within hospital or between the hospital and the community. Although phylogenetic studies provide some clues for investigating transmission dynamics, viral evidence is required to establish this relationship. In our study, we aimed to investigate the transmission chains by evaluating the epidemiological data from clusters of healthcare workers and contacts who were detected with SARS-CoV-2 in the DEÜ Hospital using whole genome sequencing (WGS) of the virus and phylogenetic analysis.
         Materials and Methods: The SARS-CoV-2 infected HCWs and their contacts detected between March 2020 and November 2021 at Dokuz Eylul University Research and Application Hospital were retrospectively analysed. The study was carried out on a total of 93 stored nasopharyngeal swab samples. RNA was isolated using EZ1-Virus-Mini-Kit according to the manufacturer's instructions. SARS-CoV-2 RNA was detected using RealStar®SARS-CoV-2RT-PCR Kit (Altona Diagnostics) on the Rotor Gene Q system before sequencing. WGS was performed on samples with RT Ct<28, using the QIAseq DIRECT SARS CoV-2 protocol (QIAGEN, Germany) on the Illumina platform. Sequence analysis and quality evaluations were performed in the CLC Genomics Workbench program by using WuhanH1 reference-genome (GenBank:MN908947.3). 63 samples (20 clusters) that met the sequencing quality criteria were evaluated with advanced analysis. The samples of the study group and external sequences selected from GISAID and GenBank were used for phylogenetic analysis. MEGA 11 software was used to perform genomic alignments, and a phylogenetic tree was constructed according to the confidence of 200 bootstrapping values using the Maximum Likelihood method. Later, the tree was edited with FigTree. Data were analysed using SPSS v.24.0.
        Results and Conclusions: Of the 63 individuals, 40 were healthcare workers and the median age was 34.1 ± 9.3 years, the other 23 contacts were family members and the median age was 33.7± 21.3 years. Thirty five (56%) of the 63 individuals were women. Most of the participants had mild to moderate clinical symptoms. In the sequences, the raw reads ranged from 820.000 to 5 million. The average consensus sequence length was 29,771 ± 77.3 base. For sequences with a coverage of up to 99% to a minimum of 82% of the reference genome, the mean coverage was 4335 ± 1312. The sequences covered an average of 97.9 ± 1.9% of the genome at 10x depth.  It was determined that as the RT PCR Ct values of the samples decreased, the quality of the sequencing increased. In the group, 14 different lineages belonging to 4 different clades of SARS-CoV-2 were identified. Variations were detected in a total of 284 nucleotides, 180 of which were nonsynonymous, 97 were synonymous, and 7 were noncoding. Variations were most frequently identified in the ORF1ab and S gene regions. The most significant mutations, which could potentially impact infectivity, neutralization, and clinical prognosis, were evaluated. In clusters with a strong epidemiological relationship, the samples differed from each other with at most two different variations. Following the analysis of the sequences and the evaluation of the phylogenetic tree, it was revealed that the virus did not enter the five clusters from a single source while in the other 15 clusters, presence of a single source, in agreement with the contact tracing data was confirmed. Based on information collected from infected healthcare workers, insufficient use of personal protective equipment (PPE) and non-compliance with social distancing rules were shown to be the causes of the spread of SARS-CoV-2 among healthcare workers in family settings and shared work spaces and rest areas in the hospital. 
The whole genom sequencing data of the virus has contributed to the understanding the complex transmission Dynamics of SARS-CoV-2, enabling more accurate assessment of the epidemiological data.