COVIDOSE: Determining infectious dose for SARS-CoV-2 and assessing contact/proximity risk

Hovedmålet med COVIDOSE-prosjektet er å estimere smittsom dose av coronavirus SARS-COV2 som forårsaker COVID-19, og bruke dette til å utvikle risikomodeller for å bli syke fra å komme i kontakt med viruset på forskjellige måter. Smittsom dose for et patogen (virus, bakterie, sopp, etc.) er antallet individuelle bakterier / virus som må inn i kroppen din for gjøre deg syk. Denne dosen varierer med mange størrelsesordener mellom forskjellige patogener, og kan også variere med hvilken rute den kom inn i kroppen. Å ha en smittsom dose er imidlertid veldig nyttig for å utforme praktiske sikkerhetstiltak, da det lar deg vite hvor effektive, tidkrevende og dyre de trenger å være -og hvor følsomme kontrollene -må være. Det lar deg også beregne risikoen som akkumuleres ved å komme i kontakt med flere små doser av patogenet og så videre. For å estimere den smittsomme dosen for SARS-CoV-2 hos mennesker, vil vi isolere og sekvensere tusenvis av individuelle viruspartikler fra individuelle pasienter. Vi finner varians mellom genomene til de individuelle viruspartiklene i form av mutasjoner. Imidlertid forekommer disse mutasjonene over tid med en ganske regelmessig hastighet, så store genomiske datasett vil tillate oss å beregne hastigheten som disse mutasjonene forekommer med. Dette kalles en molekylær klokke. Ved å kombinere den genetiske variabiliteten mellom pasienter og innenfor individuelle pasienter med denne molekylære klokken kan vi estimere hvor stor en populasjon av virus som først startet infeksjonen hos hver pasient. Vi samarbeider med andre Norges Forskningsrådet prosjekter ved FHI og FFI for å studere smitte og utvikling mellom sammenhengende tilfeller av covid -19. Dette vil tillate oss å lage modeller og estimater for å bli smittet som vil informere epidemiologiske studier.

Our current, actual outcomes are mostly technical as there were more obstacles than we anticipated. We have found optimal procedures for producing long (full genome length ~29k basepairs), high quality RNA strands for single-molecule sequencing. We developed assays which can determine the quantity of specific target cDNA strands in several length groups and methods for PCR of 9kb DNA fragments for PacBio HiFi sequencing. We are able to tag individual cDNA molecules with unique molecular identifiers for grouping consensus sequences using custom bioinformatic pipelines. We are currently comparing our data with Illumina short-read data from the same samples, where we think our data can enlighten the Illumina data by identifying true polymorphisms with the ability to group these polymorphisms by viral particle. After we finish analyzing the data we anticipate we will be able to measure viral starting population size and potential risk when coming into contact with sick individuals although this will be retrospective as the virus is significantly different in terms of infectiousness. Follow studies of how the virus has changed would stil be interesting.

The COVIDOSE project has a goal-oriented and straightforward approach to its first and main goal: determining the infectious dose, i.e. the minimum number of SARS-CoV-2 virus particles needed to start an infection resulting in disease, achieved through coalescent analysis on population-based viral genomics sampled from Norwegian patients. Furthermore, this will be compared to samples from likely contact points in the environment to contribute to risk assessment and transmission dynamics. Lastly, an innovative outreach plan enables an open platform for our research. It draws on a small, dedicated team of specialists well placed for such a study. The team consists of highly creative,ambitious and talented researchers in established yet highly productive career stages with the ability, experience and drive to accomplish our objectives. Our work is highly visible and has been featured in Nature, Science, PNAS, Nature Communications, Nature Ecology & Evolution, among other top journals.