Genetic diversity of the novel coronavirus SARS-CoV-2 (COVID-19) in Portugal
The Portuguese National Institute of Health [Instituto Nacional de Saude Doutor Ricardo Jorge (INSA)] is coordinating a national project to monitor the spread of the pandemic novel coronavirus SARS-CoV-2 in Portugal using whole-genome sequencing (WGS) data, in collaboration with a nationwide network of hospitals/labs.
SARS-CoV-2 genome sequence data was obtained through next-generation sequencing (NGS) and bioinformatics analyses using the INSaFLU platform. Up to the current date, INSA analysed 50500 SARS-CoV-2 genome sequences.
More details about the study (click here)
This study has been counting with the collaboration with the Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC), the Institute of Biomedicine (iBiMED, Universidade de Aveiro), the BioSystems & Integrative Sciences Institute (BioISI, Universidade de Lisboa), the Instituto de Investigação e Inovação em Saúde(i3S) and the Research Centre in Biodiversity and Genetic Resources (CIBIO, Universidade do Porto) for sample WGS processing and with a network of more than 60 country spread hospitals/labs for the collection of positive samples (listed in “Nextstrain” visualization below)
Main objectives:
- Determination of SARS-CoV-2 mutational profiles for identification and monitoring of transmission chains, as well as identification of novel introductions of SARS-CoV-2 variants in Portugal.
- Track and forecast the viral transmission dynamics in the community and measure the impact of the containment efforts on transmission chain outcomes.
- Determination of the genetic variability of antigens and targets of antiviral drugs, with impact on the development / effectiveness of prophylactic (vaccines) and therapeutic measures.
- Determination of the possible association between specific mutations / genetic profiles (SARS-CoV-2) with clinical outcomes (e.g., disease severity of COVID-19).
The interactive graphs show the evolution of the weekly relative frequency of the SARS-CoV-2 variants/lineages at national and regional levels.
Diversidade genética do novo coronavírus SARS-CoV-2 (COVID-19) em Portugal
O Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge, I.P. (INSA) está a coordenar o estudo de monitorização da disseminação do novo coronavirus SARS-CoV-2 em Portugal através da análise do genoma deste vírus pandémico, contando com a colaboração de uma vasta rede de hospitais/laboratórios a nível nacional.
A sequência completa do genoma é identificada com recurso a tecnologias de sequenciação de nova geração e análise bioinformática através da plataforma online INSaFLU. Até à data, foram analisadas pelo INSA 50500 sequências do genoma de SARS-CoV-2.
Mais detalhes sobre o estudo (clique aqui)
- Determinação dos perfis mutacionais do SARS-CoV-2 para identificação e monitorização de cadeias de transmissão, bem como identificação de novas introduções de variantes do vírus em Portugal.
- Monitorizar e antecipar a dinâmica de transmissão do vírus na comunidade e aferir o impacto das medidas de contenção.
- Determinação do grau de variabilidade genética de antigénios ou alvos de fármacos antivirais com possível impacto no desenvolvimento / eficiência de medidas profiláticas (vacinas) e terapêuticas.
- Determinação de possíveis associações entre perfis genéticos (mutacionais) do SARS-CoV-2 e determinadas manifestações clínicas (ex. diferentes graus severidade da COVID-19).
Os gráficos interativos abaixo permitem consultar a evolução da frequência relativa semanal das variantes/linhagens de SARS-CoV-2 a nível nacional e regional.
- No menu acima de cada gráfico, pode escolher o conjunto de dados a visualizar (frequência relativa nacional ou por Região de Saúde).
- Pode passar o cursor sobre as barras para consultar o número de sequências e frequência relativa das diversas variantes/linhagens estimadas semanalmente.
- Nos gráficos de barras (à esquerda) do painel acima, pode clicar numa barra ou “clicar e arrastar” para selecionar um conjunto de barras por forma a que o gráfico circular (à direita) apresente a proporção de cada uma das variantes/linhagens no intervalo de tempo selecionado. O intervalo de tempo seleccionado com a opção "clicar e arrastar" pode ser movido (arrastando) ao longo gráfico.
- Na legenda, pode também clicar no nome de uma variante/linhagem específica para ver a sua proporção em destaque ao longo do tempo.
- Clique duas vezes fora dos gráficos para voltar à apresentação inicial.
- Os dados de números de casos são extraidos de https://covid19.min-saude.pt/wp-content/uploads/2024/10/covid_dados_20241030.xlsx (30/10/2024).
- In the panel above each graph, you can select the dataset to visualize in the interactive bar graph (relative frequency at national or regional levels).
- Place the cursor over the bars (ISO weeks) to consult the respective number of sequences and relative frequency of the variants/lineages weekly estimated.
- In the bar graphs above (left side of the panel), you can click in a bar or “click and slide” over several bars to select a time period to be represented in the circular graph on the right (which reflects the proportion of each variant/lineage in the selected time period). You can also move the time period selected by “click and slide” option along the graph.
- In the colour legend, you can also click on the name of a given variant/lineage to highlight it through time.
- Double click to set the default visualization.
- Number of cases are obtained from https://covid19.min-saude.pt/wp-content/uploads/2024/10/covid_dados_20241030.xlsx(2024/10/30).
Os gráficos interativos abaixo permitem consultar a evolução da frequência relativa semanal das variantes/linhagens de SARS-CoV-2 a nível regional nas últimas 5 amostragens semanais.
The interactive graphs below show the evolution of the weekly relative frequency of the SARS-CoV-2 variants/lineages in the last five weekly surveys per Region
It is possible to explore the following datasets:
- A) samples collected since January 2023 (January 2023 - current)
- B) samples collected between April 2022 and April 2023(April 2022 - April 2023)
- C) samples collected between January 2022 and May 2022 (January 2022 - May 2022)
- D) samples collected between November 2021 and March 2022 (November 2021 - March 2022)
- E) samples collected between February 2021 and November 2021 (February 2021 - November 2021)
- F) samples collected between March 2020 and March 2021 (March 2020 - March 2021)
The results will be continuously revised and updated as more metadata/WGS data is collected.
É possível navegar nos seguintes conjuntos de dados:
- A) amostras colhidas desde Janeiro de 2023 (Janeiro 2023 - ).
- B) amostras colhidas entre Abril de 2022 e Abril de 2023 (Abril 2022 - Abril 2023).
- C) amostras colhidas entre Janeiro de 2022 e Março de 2022 (Janeiro 2022 - Maio 2022);
- D) amostras colhidas entre Novembro de 2021 e Março de 2022 (Novembro 2021 - Março 2022);
- E) amostras colhidas entre Fevereiro e Novembro de 2021 (Fevereiro 2021 - Novembro 2021);
- F) amostras colhidas entre Março de 2020 e Março de 2021 (Março 2020 - Março 2021);
Os resultados serão revistos e continuamente atualizados à medida que forem obtidos mais dados.
Some notes/tips for enhanced data navigation and interpretation (click here)
- In the left panel, you can select the type of tree as "divergence" (branch lengths in this tree measure nucleotide divergence) or "time" (branch lengths in this "time tree" are adjusted according to the date of sample collection). You can also see the tree and map "side by side" by clicking in "GRID" on (Panel Options).
- The trees can be colored according to several variables, including "Admin division", "Originating lab" or "Exposure history".
- The map shows the geographic location* of the cases corresponding to the viral genomes analysed.
- In the botton panel below the tree/map, you can see a graphical representation of the SARS-Cov-2 genome showing the nucleotide and amino acid diversity at each position for the genomes analysed. By clicking on a specific position, the diversity of that position is shown on the tree/map across all the samples, showing which samples share a given mutation.
- Also below the tree/map, you can filter the data in order to highlight some data subsets, e.g., by clicking on Admin Division, Originating Lab, etc.
- The date (reflecting date of sample collection) range (“Date range”) can be adjusted to show the samples collected in a specific time interval.
(see also: https://nextstrain.org/#ncov; https://nextstrain.org/help/general/about-nextstrain):
Additional notes:
- Geographical data:
- Admin Division* = District
- Location* = Municipality
* Geographical points refer to Admin division/Location of residence, or in case no information is available, to the location of exposure or of the hospital/lab that sent the sample.
Algumas instruções para a exploração e interpretação dos dados (clique aqui)
- No painel da esquerda, pode selecionar o tipo de árvore como “divergence” (o comprimento dos braços da árvore refletem a divergência ao nível dos nucleótidos) ou “time” (o comprimento dos braços nesta “árvore temporal” é ajustado de acordo com a data de colheita das amostras). Pode ainda colocar a árvore e o mapa lado a lado clicando em GRID (Panel Options).
- As árvores podem ser coloridas de acordo com diversas variáveis, tais como "Admin division" (Distrito), "Location" (Concelho), "Originating lab" (laboratório que enviou a amostra), "Exposure history" (potencial local de contágio), etc.
- O mapa indica a localização geográfica* dos casos correspondentes aos genomas virais analisados.
- O painel de baixo representa graficamente o genoma do coronavirus SARS-Cov-2 em que é exibida a diversidade de nucleótidos e de aminoácidos em cada posição, para o conjunto de genomas analisados. “Clicando” numa posição específica, a diversidade dessa posição é exibida na árvore e no mapa, mostrando quais os genomas que partilham essa mutação.
- Abaixo destes painéis, é possível filtrar ("Filter by") os dados para que sejam realçados na árvore e no mapa apenas alguns subconjuntos de amostras, "clicando", por exemplo, em "Admin Division", "Originating lab", etc.
- O "Date range" pode ser ajustado para que sejam apresentadas apenas as amostras que foram colhidas num determinado intervalo de tempo.
(ver também: https://nextstrain.org/#ncov; https://nextstrain.org/help/general/about-nextstrain):
Notas adicionais
- Dados Geográficos:
- Admin Division* = Distrito
- Location* = Concelho
* Local (Distrito ou Concelho) de residência ou, caso não exista informação, local de ocorrência ou da entidade que enviou a amostra.
Variants/lineages: frequency and geotemporal distribution
This table sumarizes the cumulative number of sequences, relative frequency (monthly and weekly snaphots) and geotemporal distribution of all variants/lineages* detected so far (Last update: 2024-10-08).
* Classification: Pango lineages (https://pangolin.cog-uk.io/). Last update: 2024-10-08 (pre-Omicron: Pangolin-3.1.20/PangolinLearn-2022-02-02/Pango-designation-v1.2.12 with manual curation; Omicron: pangolin-4.3.1/pangolin-data-1.30/constellations-v0.1.12/scorpio-0.3.19; UShER mode v0.6.2, with manual curation)
Note: the sequence counts in the "n District" column includes the 18 Districts of Portugal mainlaind and 2 Autonomous Regions (Madeira and Azores).
To download this table click here.
To consult the daily evolution of the proportion of S gene target failure (SGTF) positive samples - proxy for Omicron (BA.1/BA.4/BA.5) click here.
Variantes/linhagens: frequência e dispersão geotemporal
Esta tabela compila o número de sequências total, frequência relativa (nas amostragens mensais e semanais) e dispersão temporal e geográfica de todas as variantes/linhagens* detetadas até à data em Portugal (última actualização: 2024-10-08).
* Classificação: Pango lineages (https://pangolin.cog-uk.io/). Última actualização: 2024-10-08 (pre-Omicron: Pangolin-3.1.20/PangolinLearn-2022-02-02/Pango-designation-v1.2.124, com inspecção manual; Omicron: pangolin-4.3.1/pangolin-data-1.30/constellations-v0.1.12/scorpio-0.3.19; UShER mode v0.6.2, com inspecção manual)
Nota: as contagens na coluna "n District" incluem os 18 distritos de Portugal continental e duas Regiões Autónomas.
Para descarregar esta tabela clique aqui.
Para consultar a evolução diária da proporção de amostras positivas com falha do gene S (SGTF – S gene target failure) – indicador de caso provável de Omicron (BA.1/BA.4/BA.5) clique aqui.
Teams involved so far in genome-based monitoring of SARS-CoV-2 spread in Portugal
- Bioinformatics Unit, Department of Infectious Diseases, INSA (Coordinating team)
- Innovation and Technology Unit, Department of Human Genetics, INSA
- National Reference Laboratory for Influenza and other Respiratory Viruses, Department of Infectious Diseases, INSA
- Genomics Unit, Instituto Gulbenkian de Ciência, IGC
- Institute of Biomedicine - iBiMED, Universidade de Aveiro
- BioSystems & Integrative Sciences Institute – BioISI, Universidade de Lisboa
- Instituto de Investigação e Inovação em Saúde - i3S
- Centro de Investigação em Biodiversidade e Recursos Genéticos - CIBIO, Universidade do Porto
- All national laboratories sending clinical specimens (suspected or positive for SARS-CoV-2) to the National Reference Laboratory for Influenza and other Respiratory Viruses at INSA (list of labs with samples subjected to WGS is indicated below the Tree/Map)
Equipas envolvidas até à data na avaliação da diversidade genética do vírus SARS-CoV-2 em Portugal
- Unidade de Bioinformática, Departamento de Doenças Infeciosas, INSA (Equipa Coordenadora)
- Unidade de Tecnologia e Inovação, Departamento de Genética Humana, INSA
- Unidade de Referência e Vigilância Epidemiológica, Laboratório Nacional de Referência da Gripe e outros Vírus Respiratórios, Departamento de Doenças Infeciosas, INSA
- Genomics Unit, Instituto Gulbenkian de Ciência, IGC
- Institute of Biomedicine - iBiMED, Universidade de Aveiro
- BioSystems & Integrative Sciences Institute – BioISI, Universidade de Lisboa
- Instituto de Investigação e Inovação em Saúde - i3S
- Centro de Investigação em Biodiversidade e Recursos Genéticos - CIBIO, Universidade do Porto
- Todos os laboratórios nacionais que enviam amostras clínicas (suspeitas ou positivas para SARS-CoV-2) para o Laboratório Nacional de Referência (a lista de laboratórios com amostras sujeitas a WGS é indicada abaixo na Árvore/Mapa)
Methods
- Pre-NGS wet-lab procedure: adapted from Artic Network (https://artic.network/ncov-2019, https://www.protocols.io/view/ncov-2019-sequencing-protocol-bbmuik6w)
- NGS procedure: MiSeq / NextSeq 550 (Illumina) and Oxford Nanopore Technologies (ONT)
- From reads to genome sequence: INSaFLU
- From genome sequences to phylogeography: Nextstrain (full details about the method can be found here https://nextstrain.org/ncov and here https://github.com/nextstrain/ncov) and Microreact.
Métodos
- Procedimento Pre-NGS: adaptado da Artic Network (https://artic.network/ncov-2019, https://www.protocols.io/view/ncov-2019-sequencing-protocol-bbmuik6w)
- Procedimento NGS: MiSeq / NextSeq 550 (Illumina) e Oxford Nanopore Technologies (ONT)
- Dos "reads" às sequências do genoma: INSaFLU
- Das sequências do genoma à "filogeografia": Nextstrain (mais detalhes sobre o método podem ser encontrados em https://nextstrain.org/ncov e aqui https://github.com/nextstrain/ncov) e Microreact.
Publications on behalf of the genomic surveillance of SARS-CoV-2 in Portugal
- Borges et al, 2020, Emerging Microbes and Infections doi
- Alm et al, 2020, Eurosurveillance doi
- Correia et al, 2020, Pediatr Infect Dis J doi
- Borges et al, 2022, Commun Med doi
- O'Toole et al, 2021, Wellcome open research doi
- Borges et al, 2021, Viruses doi
- Borges et al, 2021, mSphere doi
- Borges et al, 2021, Eurosurveillance doi
- Funk et al, 2021, Eurosurveillance doi
- Kislaya et al, 2021, Emerging Infectious Diseases doi
- Correia et al, 2021, International Journal of Infectious Diseases doi
- Amicone et al, 2022, Evolution, Medicine, and Public Health doi
- Kislaya et al, 2022, medRxiv (pre-print) doi
- Peralta-Santos et al, 2022, medRxiv (pre-print) doi
Publicações no âmbito da vigilância genómica de SARS-CoV-2
- Borges et al, 2020, Emerging Microbes and Infections doi
- Alm et al, 2020, Eurosurveillance doi
- Correia et al, 2020, Pediatr Infect Dis J doi
- Borges et al, 2022, Commun Med doi
- O'Toole et al, 2021, Wellcome open research doi
- Borges et al, 2021, Viruses doi
- Borges et al, 2021, mSphere doi
- Borges et al, 2021, Eurosurveillance doi
- Funk et al, 2021, Eurosurveillance doi
- Kislaya et al, 2021, Emerging Infectious Diseases doi
- Correia et al, 2021, International Journal of Infectious Diseases doi
- Amicone et al, 2022, Evolution, Medicine, and Public Health doi
- Kislaya et al, 2022, medRxiv (pre-print) doi
- Peralta-Santos et al, 2022, medRxiv (pre-print) doi
Acknowledgments
We gratefully acknowledge:
- All national laboratories sending clinical specimens (suspected or positive for SARS-CoV-2) to the National Reference Laboratory for Influenza and other Respiratory Viruses at INSA.
- To the Nextstrain and Microreact teams for the publicly release of the bioinformatics tools used in the report.
- Sara Hill and Nuno Faria (University of Oxford) and Joshua Quick and Nick Loman (University of Birmingham) for kindly providing us with Artic primers for WGS.
- Miguel Pinheiro (iBiMED/Universidade de Aveiro) for his support on updating INSaFLU platform for the novel coronavirus SARS-CoV-2.
- Infraestrutura Nacional de Computação Distribuída (INCD) for providing computational resources for testing the INSaFLU platform. INCD was funded by FCT and FEDER under the project 22153-01/SAICT/2016.
This study is co-funded by Fundação para a Ciência e Tecnologia (234_596874175) on behalf of the "call" Research 4 COVID-19.
Agradecimentos
- Todos os hospitais/laboratórios nacionais que enviam amostras clínicas (suspeitas ou positivas para SARS-CoV-2) para o Laboratório Nacional de Referência da Gripe e outros vírus respiratórios do INSA.
- Às equipas dos projectos Nextstrain e Microreact pela libertação das ferramentas de bioinformática usadas neste relatório.
- Sara Hill e Nuno Faria (Universidade de Oxford) e Joshua Quick e Nick Loman (Universidade de Birmingham) por nos terem gentilmente cedido os primers para WGS.
- Miguel Pinheiro (iBiMED / Universidade de Aveiro) pelo seu trabalho na atualização da plataforma INSaFLU para o novo coronavírus SARS-CoV-2.
- Infraestrutura Nacional de Computação Distribuída (INCD), por ter fornecido recursos computacionais para testar a plataforma INSaFLU. O INCD foi financiado pela FCT e FEDER sob o projeto 22153-01 / SAICT / 2016.
Este estudo é co-financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (234_596874175) no âmbito da "call" Research 4 COVID-19.
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Note: The SARS-CoV-2 genome sequences generated by INSA are periodically shared with international authorities. To access those sequences please contact us to enroll a collaboration.
Nota: As sequências do SARS-CoV-2 geradas pelo INSA são periodicamente disponibilizadas às autoridades internacionais. Para aceder às sequências, solicitamos que nos contactem para encetarmos a devida colaboração.