COVID-19 verenigt inspanningen in onderzoek
Sinds het begin van de verspreiding van het virus over de hele wereld, is ook op internationaal niveau begonnen met onderzoek. Het bewijs hiervan zijn de verschillende consortia die zijn opgericht om de pandemie te bestrijden, zoals het COVID-19 High-Performance Computing (HPC) Consortium, het COVID-19 Genomics (COG-UK) Consortium of het Host Genetics Initiative (HGI). Dit laatste, waaraan 24Genetics deelneemt via een samenwerking met het Health Research Institute van het La Paz University Hospital (IdIPAZ), groepeert bijna 200 internationale onderzoeksprojecten gericht op genetische factoren van gevoeligheid voor het virus.Deze nieuwe inzending beschrijft de geschiedenis van genetische ontdekkingen en de ontwikkeling van het onderzoek dat 24Genetics momenteel uitvoert.
De gezamenlijke onderzoeksbijdrage van 24Genetics
Dankzij het consortium waarin 24Genetics en (HGI) participeren, hebben we veel en gevarieerde genetische merkers ontdekt. Naarmate er nieuwe gegevens beschikbaar zijn, zijn de genetische resultaten zinvoller geworden. Een van de eerste studies die het licht zag, met behulp van HGI, identificeerde kritische markers in de antivirale verdediging en de ontstekingsprocessen. Deze omvatten specifieke chromosomen en genen zoals FYCO1 (Chr. 3), IGF1 (Chr. 12) of DPP9 (Chr. 19) (Figuur 1).
Figuur 1. Pairo-Castineira, E., et al. Genetische mechanismen van kritieke ziekte bij Covid-19. medRxiv 2020.09.24.20200048; doei: https://doi.org/10.1101/2020.09.24.2020004
Resultaten van het onderzoek met IdiPaz
Niet minder significant, en met een veel groter aantal monsters, werd het belang van de bloedgroep als immunoprotectieve factor verhoogd (2). Het ABO-gen (Chr.3), de hoofdrolspeler, kwam naar voren met een potentiële bescherming van tussen de 14% en 16% in het bijzonder bloedgroepen. Het onderzoek bracht ook meer inflammatoire genetische factoren aan het licht die verband houden met respiratoire insufficiëntie (Figuur 2).
Afbeelding 2. De Ernstige Covid-19 GWAS-groep. Genoombrede associatiestudie van ernstige Covid-19 met ademhalingsfalen. 2020 N Engl J Med 2020; 383:1522-1534 DOI: 10.1056/NEJMoa2020283
En wat draagt 24Genetics hieraan bij?
In oktober neemt 24Genetics het stokje over en met het veldwerk van IdIPAZ en de monsters die al door onze referentielaboratoria zijn gesequenced, gaat het aan de slag. Een van de eerste uitgevoerde taken was het filteren en "genezen" van de gegenereerde gegevens. Een van de gestarte processen was de analyse van genetische gegevens van mensen met IDOC-ziekte van mensen op de intensive care (Figuur 3).
Figura 3. Figura proporcionada door Lasse Folkersen, BS en PhD
Toen werd besloten om kunstmatige intelligentie te gaan gebruiken door: het analyseren van de reeks gerapporteerde klinische variabelen, om goed te weten, welke meer of minder belangrijk waren (tabel 1).
Tabel 1. Grafiek geleverd door Carlos Ortega, datawetenschapper
Kunstmatige intelligentie maakte het bij deze gelegenheid mogelijk om de varianten op significantie in te delen. In de volgende tabel ziet u de verschillende verkregen factoren. Het was echter nodig om het model te valideren; daarvoor gebruikten we SHAP (Shapley Additive ExPlanations). Kortom, met dit model kan het algoritme het gewicht van elke factor verklaren (tabel 2).
Tabel 2. Grafiek geleverd door Carlos Ortega, datawetenschapper
Neutrofielenratio, bloedverzadiging of interleukine-6 (parameters die al eerder onder de microscoop zijn gelegd) werden significante parameters bevestigd (3,4,5). Toen we de gegevens eenmaal hadden, was de volgende stap om het algoritme te trainen om de potentiële voorspellende waarde te begrijpen.
Voordelen van de toepassing van het algoritme voor patiënten met COVID-19
Ten slotte hebben we het algoritme getraind om, met een toeval van 97%, de mortaliteit of overleving van COVID-patiënten te voorspellen. Ondanks de bemoedigende voorlopige resultaten is het wetenschappelijke team van 24Genetics voorzichtig en verliest het mogelijke beperkende vooroordelen niet uit het oog. Ook zal 24Genetics in datasets valideren met verschillende noodzakelijke monsters om de verkregen gegevens te verifiëren. Als alle bevindingen worden gevalideerd, kan de tool nuttig zijn voor de overleving van COVID-patiënten of de verbetering van ziekenhuisprotocollen. We hebben het hele computerproces uitgevoerd met open source-code. Daarom zonder kosten te gebruiken in elke kliniek en ziekenhuis ter wereld. In de tussentijd gaat het team verder met onderzoek.
Dankwoord:
- Instituto de Investigación Sanitaria del Hospital Universitario La Paz (IdIPAZ)
- Carlos Ortega, gegevenswetenschapper
- Lasse Folkersen, BS en PhD
- Het COVID-19 Host Genetics-initiatief. Het COVID-19 Host Genetics Initiative, een wereldwijd initiatief om de rol van genetische factoren van de gastheer bij de gevoeligheid en ernst van de SARS-CoV-2-viruspandemie op te helderen. J. Hum. Genet. 28, 715-718 (2020). https://doi.org/10.1038/s41431-020-0636-6.
Bibliografie:
- Pairo-Castineira, E., et al. Genetische mechanismen van kritieke ziekte bij Covid-19. medRxiv 2020.09.24.20200048; doei: https://doi.org/10.1101/2020.09.24.20200048
- De Ernstige Covid-19 GWAS-groep. Genoombrede associatiestudie van ernstige Covid-19 met ademhalingsfalen. 2020 N Engl J Med 2020; 383:1522-1534 DOI: 10.1056/NEJMoa2020283
- Protasio Veras, F., et al. Door SARS-CoV-2 geactiveerde neutrofiele extracellulaire vallen mediëren COVID-19-pathologie. J Exp Med 7 december 2020; 217 (12): e20201129. doei: https://doi.org/10.1084/jem.20201129
- Shenoy, N., Luchtel, R. & Gulani, P. Overwegingen voor doelzuurstofverzadiging bij COVID-19-patiënten: schieten we tekort? BMC Med 18, 260 (2020). https://doi.org/10.1186/s12916-020-01735-2
- Chen X, et al. Detecteerbaar serum Ernstig acuut ademhalingssyndroom Coronavirus 2 Virale belasting (RNAemie) is nauw gecorreleerd met een drastisch verhoogd interleukine 6-niveau bij ernstig zieke patiënten met de ziekte van coronavirus 2019. Clin Infect Dis. 2020 nov 5;71(8):1937-1942. doi: 10.1093/cid/ciaa449. PMID: 32301997; PMCID: PMC7184354.
