Large-scale inveLarge-scale investigation of a COVID-19 high-incidence region of Portugal : an outbreak analysis using genomic epidemiologystigation of a COVID-19 high-incidence region of Portugal : an outbreak analysis using genomic epidemiology

Abstract

ABSTRACT - Background Local outbreak response is highly dependent on the epidemiologic investigation (EI), which relies on subjective information to reconstruct transmission chains. This study aims to describe COVID-19 transmission chains in the light of viral genomics. Additionally, it aims to estimate the sensitivity of the EI. Methods A combination of epidemiological and viral genomic data was performed to understand COVID-19 transmission chains, in Baixo Vouga, a region with a municipality in sanitary cordon and presenting one of the highest incidence rates during the first epidemic wave. Data previously collected by the public health authorities was used to reconstruct epidemiological clusters (epiclusters). The genome sequences were retrieved from the nationwide SARS-CoV-2 collection. Sensitivity was determined as the proportion of cases in each epicluster that belonged to the same main viral genetic profile. A metanalysis of epicluster-specific sensitivity was conducted. Findings A total of 1925 confirmed cases of COVID-19 were identified, from 8th March to 30th June 2020. From these, 128 cases had viral genomic data available. Two large epiclusters were identified (280 and 101 cases), presenting a central role on the spread of the disease. Genomics was also key to resolve some sporadic cases and misidentified direction of transmission. The sensitivity of epidemiological investigation to detect transmission chains was 80% (95% confidence interval: 70%-86%). Interpretation Epidemiological reconstruction of the transmission chains presented high sensitivity. However, high incidence and closed settings led to misidentification of links. This study contributes to understand the hurdles and caveats associated with the EI in the context of a massive outbreak of COVID-19.

RESUMO - Introdução A resposta local aos surtos é altamente dependente da investigação epidemiológica (IE), que, por sua vez, se baseia em informações subjetivas para reconstruir as cadeias de transmissão. Este estudo tem o objetivo de descrever as cadeias de transmissão de COVID-19 à luz da genómica do vírus. Adicionalmente, pretende-se estimar a sensibilidade da IE. Metodologia Foram combinados dados genómicos e epidemiológicos para compreender as cadeias de transmissão de COVID-19, no Baixo Vouga, uma região com um município em cordão sanitário e com uma das incidências mais elevadas da primeira onda em Portugal. Dados previamente colhidos pelas autoridades de saúde foram utilizados para a reconstrução dos clusters epidemiológicos (epiclusters). As sequências do genoma viral foram recuperadas da coleção nacional de SARS-CoV-2. A sensibilidade foi determinada como a proporção de casos, em cada epicluster, que pertencia ao mesmo perfil genético viral. Foi conduzida uma metanálise para determinar a sensibilidade combinada. Resultados Foram identificados 1925 casos confirmados de COVID-19, entre 8 de março a 30 de junho de 2020. Destes, 128 casos tinham dados genómicos virais disponíveis. Foram identificados dois grandes epiclusters (280 e 101 casos), que apresentavam um papel central na propagação da doença. A genómica foi fundamental para esclarecer alguns casos esporádicos e direções de transmissão mal identificadas. A sensibilidade da IE para detetar cadeias de transmissão foi de 80%, com um intervalo de confiança a 95% entre 70% e 86%. Discussão A reconstrução epidemiológica das cadeias de transmissão apresentava alta sensibilidade. No entanto, situações de alta incidência e contextos fechados conduziam a um erro na identificação das ligações epidemiológicas. Este estudo contribui para a compreensão dos obstáculos e equívocos associados à IE no contexto de um surto de COVID-19.