COVID-19 verenigt inspanningen in onderzoek
Sinds de eerste dagen van de wereldwijde verspreiding van het virus is er ook internationaal onderzoek gestart. Dit blijkt uit 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 en het Host Genetics Initiative (HGI). Aan laatstgenoemd initiatief, waaraan 24Genetics deelneemt via een samenwerking met het Health Research Institute van het Universitair Ziekenhuis La Paz (IdIPAZ) , worden bijna 200 internationale onderzoeksprojecten gebundeld die zich richten op genetische factoren die de vatbaarheid voor het virus beïnvloeden . In dit nieuwe artikel wordt de geschiedenis van de genetische ontdekkingen en de ontwikkeling van het onderzoek dat 24Genetics momenteel uitvoert, beschreven.
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; doi: https://doi.org/10.1101/2020.09.24.2020004
Resultaten van het onderzoek met IdiPaz
Niet minder belangrijk, en met een veel groter aantal monsters, werd het belang van de bloedgroep als immunoprotectieve factor aangetoond (2). Het ABO-gen (Chr.3), de belangrijkste speler, bleek een potentiële bescherming te bieden van tussen de 14% en 16% in bepaalde bloedgroepen. Het onderzoek bracht ook meer inflammatoire genetische factoren aan het licht die verband houden met ademhalingsfalen (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
Vervolgens werd besloten om kunstmatige intelligentie te gaan gebruiken door de gerapporteerde klinische variabelen te analyseren, om nauwkeurig te bepalen welke variabelen 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 Engels 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.
