Coverstory

Hoe genen de reis van een virus verraden

Whole Genome Sequencing, het analyseren van de genetische informatie, is de nieuwste tool om te achterhalen waar virussen vandaan komen, te voorspellen waar ze naar toe reizen en om strategieën te bedenken om verspreiding in te dammen. Hoe werkt dat precies en hoe is dit ingezet bij covid-19?

14 likes
Leestijd 5 min

Hero alt/video title

Bas-Oudemunnik-0620-002

De WHO heeft een waarschuwingssyteem om ervoor te zorgen dat een uitbraak zo snel mogelijk in kaart wordt gebracht. De nieuwste tool die in Nederland wordt gebruikt om het virus in kaart te brengen is ‘Whole Genome Sequencing’ (WGS). WGS analyseert de genetische informatie van het virus. Met deze genetische informatie kan bekeken worden wat de herkomst en de verspreiding is van het virus en hoe het wordt overdragen. Zo zijn beleidsmakers in staat gesteld beslissingen te nemen om het virus te bedwingen. Eind december 2019 dook in Wuhan, China, longontsteking op met onbekende oorzaak. Op 27 februari 2020 werd de eerste patiënt in Nederland geregistreerd. Hij had een reisgeschiedenis naar Italië. Wat gebeurde er in de eerste drie weken hierna? Wat was de beste manier om het virus te lijf te gaan? Hoe hielp epidemiologisch en virologisch onderzoek de politiek?

 

Het virus muteert

Bij elke deling kan het virus licht muteren. Het DNA  van het virus verandert daardoor in de tijd. Zo is het mogelijk om een stamboom van het virus op te stellen en te bekijken hoe het zich verspreidt.

“We kunnen met een vrij nieuwe techniek inmiddels bijna real time de mutaties van het virus waarnemen,” zegt Bas Oude Munnink, postdoc van de afdeling Viroscience, geleid door Marion Koopmans. “Dit betekent dat we een veel snellere responstijd hebben. En tijd is een belangrijke factor bij het indammen van een pandemie. De veranderingen die in het virus zijn opgetreden laten ons zien langs welke paden het zich verspreidt.”

De mutaties van het virus kunnen over een geografische kaart worden gelegd. Dit laat zien hoe de verspreiding en ontwikkeling van het virus verloopt. Als alle virussen in besmette personen in kaart worden gebracht- iets wat op dit moment nog niet lukt- is het in principe mogelijk om op microniveau te kijken. De verspreiding kan dan van persoon tot persoon worden gevolgd. “Maar dat is de ideale wereld,” zegt Oude Munnink. “We moeten het doen met wat onvollediger informatie maar zelfs daarmee zitten we het virus dicht op de hielen.”

 

Politieke besluitvorming

Nadat de eerste Nederlandse patiënt op 27 februari was geregistreerd waren er op 16 april 29.214 geregistreerde geinfecteerde personen en 3351 patiënten overleden. De eerste twee WGS dateren van 29 februari. Op 15 maart waren er 189 WGS geanalyseerd. Deze WGS-sen werden samen met epidemiologische informatie gebruikt om het nationale Outbreak Management Team (OMT), met daarin Marion Koopmans, van informatie te voorzien. Het OMT adviseert het kabinet over de coronacrisis.

In de eerste fase van de epidemie werden vanaf 30 januari reizigers met symptomen die uit de gebieden met SARS-CoV-2 kwamen getest. De eerste persoon werd op 27 februari positief getest en een volgende één dag later. Op 29 februari werd het DNA van het virus waardoor zij waren geïnfecteerd geanalyseerd. Oude Munnink: “De gevonden mutaties lieten zien dat bij beide patiënten het virus uit een andere bron afkomstig was. Op 9 maart, met een toenemend aantal geïnfecteerden, begonnen we clusters te zien van gerelateerde gevallen in Noord-Brabant. De toename werd hoogstwaarschijnlijk veroorzaakt door de voorjaarsvakantie waarin mensen reisden naar ski oorden in Noord-Italië, Zwitserland en Oostenrijk.” Na de voorjaarsvakantie verspreidde het virus zich naar andere delen van het land. Op 9 maart vond de eerste politieke interventie plaats; Mark Rutte adviseerde te stoppen met het schudden van handen. Een dag later werden bijeenkomsten in Noord-Brabant met meer dan 1000 bezoekers verboden.

 

 

 

 

 

De tweede fase van de epidemie begon eind februari met het advies patiënten met zware infectie van de longen te testen met als doel lijnen te ontdekken in de infectie: wie besmette wie en wie is mogelijk al besmet. De WGS van het virus liet het ontstaan zien van verschillende viruslijnen die een andere plek innamen in de genetische boom van het virus. Daarnaast zagen we het ontstaan van mutaties bij patiënten zonder reisgeschiedenis, ook buiten Noord-Brabant. En het aantal besmettingen nam toe. Dit leidde op 12 maart tot striktere maatregelen om het virus in te dammen. Evenementen met meer dan 100 mensen werden verboden, mensen werd gevraagd zoveel mogelijk  thuis te werken en mensen met symptomen zoals koorts en hoesten moesten thuisblijven. Op 15 maart werden de scholen, horeca en sportclubs gesloten.

Vanaf 15 maart, de derde fase, de fase met exponentiële groei, liet het DNA zien dat meerdere stammen van het virus in Nederland aanwezig waren en dat ook in personen waarvan de reisgeschiedenis traceerbaar was verschillende clusters van het virus aanwezig waren. Dit laatste toonde aan dat in Italië en Zwitserland, de landen van waaruit de meeste import had plaatsgevonden na de voorjaarsvakantie, verschillende geclusterde mutaties actief waren. Op 15 maart waren 189 SARS-CoV-2 sequenties beschikbaar, dat was op dat moment 27,1% van alle WGS wereldwijd beschikbaar. Oude Munnink: “Inmiddels nam het aantal gevallen toe in Zuid-Holland, Noord-Holland en Utrecht en zagen we in onze DNA-analyse het ontstaan van meer lokale clusters.” Deze bevindingen leidden tot verdere steun voor beperking van reisbewegingen in Nederland.

 

Hoe nu verder?

WGS en epidemiologische data hebben een rationele onderbouwing van het beleid kunnen geven tijdens de coronacrisis. WGS heeft een exacter begrip van de verspreiding en lokale clustering kunnen laten zien. Het werd zo mogelijk de genetische diversiteit, de omvang, de regionale clusters en de verspreiding van het virus beter begrijpen.

De epidemiologische informatie zoals demografische informatie, symptoombeschrijving, informatie over eerste symptomen, risicoanalyse, reisgeschiedenis, informatie over met wie de patiënt contact had, de vermoedelijke bron van de besmetting, beroep van de patiënt werkten in het begin van de epidemie nog om de epidemie in kaart te brengen. Oude Munnink: “Toen de epidemie in omvang toenam werkte deze strategie niet meer in alle aangedane regio’s. Er werd overgegaan op het louter registreren van besmette personen en alleen hun contacten met een hoog risico werden nog getest. In de derde fase van de epidemie, toen het aantal besmette personen exponentieel steeg werd met name WGS de bron om de evolutie van de epidemie in kaart te brengen.”

WGS zal in de volgende fase van de epidemie, waarin voorzichtig de beperkende maatregelen voor de samenleving zullen worden verminderd, zeer belangrijk zijn om snel te kunnen monitoren vanuit welke lokale clusters nieuwe besmettingen optreden. De politiek zal daarmee sneller en meer regionaal nieuwe maatregelen kunnen afkondigen om snel nieuwe uitbraken in te dammen.

“Omdat het virus inmiddels wijdverspreid is is het aannemelijk dat er nieuwe infectiehaarden zullen voorkomen. Snel reageren is dan geboden. Met hulp van WGS kan dat. Daarbij blijft het belangrijk het virus goed in kaart te blijven brengen omdat door mutaties het virus misschien dusdanig kan veranderen dat het zich bijvoorbeeld makkelijker en sneller verspreidt of omdat mutaties misschien kunnen leiden tot een ernstiger ziektebeeld. Daarbij is WGS naast traditioneel epidemiologisch onderzoek onmisbaar,” zegt Oude Munnink.

Dit artikel is gebaseerd op deze studie .