Summary

Background

 The incidence of microcephaly in Brazil in 2015 was 20 times higher than in previous years. Congenital microcephaly is associated with genetic factors and several causative agents. Epidemiological data suggest that microcephaly cases in Brazil might be associated with the introduction of Zika virus. We aimed to detect and sequence the Zika virus genome in amniotic fluid samples of two pregnant women in Brazil whose fetuses were diagnosed with microcephaly. 

Methods

 In this case study, amniotic fluid samples from two pregnant women from the state of Paraíba in Brazil whose fetuses had been diagnosed with microcephaly were obtained, on the recommendation of the Brazilian health authorities, by ultrasound-guided transabdominal amniocentesis at 28 weeks' gestation. The women had presented at 18 weeks' and 10 weeks' gestation, respectively, with clinical manifestations that could have been symptoms of Zika virus infection, including fever, myalgia, and rash. After the amniotic fluid samples were centrifuged, DNA and RNA were extracted from the purified virus particles before the viral genome was identified by quantitative reverse transcription PCR and viral metagenomic next-generation sequencing. Phylogenetic reconstruction and investigation of recombination events were done by comparing the Brazilian Zika virus genome with sequences from other Zika strains and from flaviviruses that occur in similar regions in Brazil. 

Findings

 We detected the Zika virus genome in the amniotic fluid of both pregnant women. The virus was not detected in their urine or serum. Tests for dengue virus, chikungunya virus, Toxoplasma gondii, rubella virus, cytomegalovirus, herpes simplex virus, HIV, Treponema pallidum, and parvovirus B19 were all negative. After sequencing of the complete genome of the Brazilian Zika virus isolated from patient 1, phylogenetic analyses showed that the virus shares 97–100% of its genomic identity with lineages isolated during an outbreak in French Polynesia in 2013, and that in both envelope and NS5 genomic regions, it clustered with sequences from North and South America, southeast Asia, and the Pacific. After assessing the possibility of recombination events between the Zika virus and other flaviviruses, we ruled out the hypothesis that the Brazilian Zika virus genome is a recombinant strain with other mosquito-borne flaviviruses. 

Interpretation

 These findings strengthen the putative association between Zika virus and cases of microcephaly in neonates in Brazil. Moreover, our results suggest that the virus can cross the placental barrier. As a result, Zika virus should be considered as a potential infectious agent for human fetuses. Pathogenesis studies that confirm the tropism of Zika virus for neuronal cells are warranted. 

Funding

 Consellho Nacional de Desenvolvimento e Pesquisa (CNPq), Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ).

The yellow fever virus (YFV) epidemic in Brazil is the largest in decades. The recent discovery of YFV in Brazilian Aedes species mosquitos highlights a need to monitor the risk of reestablishment of urban YFV transmission in the Americas. We use a suite of epidemiological, spatial, and genomic approaches to characterize YFV transmission. We show that the age and sex distribution of human cases is characteristic of sylvatic transmission. Analysis of YFV cases combined with genomes generated locally reveals an early phase of sylvatic YFV transmission and spatial expansion toward previously YFV-free areas, followed by a rise in viral spillover to humans in late 2016. Our results establish a framework for monitoring YFV transmission in real time that will contribute to a global strategy to eliminate future YFV epidemics.

A 24-year-old housekeeper presented to hospital in Rio de Janeiro in June, 2014, with headache, fever, and a rash, 5 days after waking with a severe generalised headache, retro-orbital pain, weakness, and paraesthesia of the hands and feet. 2 days later she developed fever (axillary temperature 42°C), chills, and a pruritic rash on the face, abdomen, chest, and arms. By day 4, she was afebrile but had painful swelling of the hands (appendix) and feet, difficulty walking, and disseminated rash. She had had dengue 5 years previously, had not travelled recently, and did not recall any tick or mosquito bites.

Brazil, which is hyperendemic for dengue virus (DENV), has had recent Zika (ZIKV) and (CHIKV) Chikungunya virus outbreaks. Since March 2016, CHIKV is the arbovirus infection most frequently diagnosed in Rio de Janeiro. In the analysis of 1835 syndromic patients, screened by real time RT-PCR, 56.4% of the cases were attributed to CHIKV, 29.6% to ZIKV, and 14.1% to DENV-4. Sequence analyses of CHIKV from sixteen samples revealed that the East-Central-South-African (ECSA) genotype of CHIKV has been circulating in Brazil since 2013 [95% bayesian credible interval (BCI): 03/2012-10/2013], almost a year before it was detected by arbovirus surveillance program. Brazilian cases are related to Central African Republic sequences from 1980`s. To the best of our knowledge, given the available sequence published here and elsewhere, the ECSA genotype was likely introduced to Rio de Janeiro early on 2014 (02/2014; BCI: 07/2013-08/2014) through a single event, after primary circulation in the Bahia state at the Northestern Brazil in the previous year. The observation that the ECSA genotype of CHIKV was circulating undetected underscores the need for improvements in molecular methods for viral surveillance.

The yellow fever virus (YFV) epidemic that began in Dec 2016 in Brazil is the largest in decades. The recent discovery of YFV in Brazilian Aedes sp. vectors highlights the urgent need to monitor the risk of re-establishment of domestic YFV transmission in the Americas. We use a suite of epidemiological, spatial and genomic approaches to characterize YFV transmission. We show that the age- and sex-distribution of human cases in Brazil is characteristic of sylvatic transmission. Analysis of YFV cases combined with genomes generated locally using a new protocol reveals an early phase of sylvatic YFV transmission restricted to Minas Gerais, followed in late 2016 by a rise in viral spillover to humans, and the southwards spatial expansion of the epidemic towards previously YFV-free areas. Our results establish a framework for monitoring YFV transmission in real-time, contributing to the global strategy of eliminating future yellow fever epidemics.

The recent re-emergence of yellow fever virus (YFV) in Brazil has raised serious concerns due to the virus' rapid dissemination in the southeastern region. To better understand YFV genetic diversity and dynamics during the recent outbreak in southeastern Brazil we generated 18 complete and near-complete genomes from the peak of the epidemic curve from non-human primates (NHPs) and human infected cases across Espírito Santo and Rio de Janeiro states. Genomic sequencing of 18 YFV genomes revealed the timing, source and likely routes of yellow fever virus transmission and dispersion during the one of the largest outbreaks ever registered in Brazil. We showed that the recent YFV epidemic spillover southwards several times from Minas Gerais to Espírito Santo and Rio de Janeiro states in 2016 to 2019. The quick production and analysis of data from portable sequencing could identify the corridor of spread of YFV.These findings reinforce that real-time and continued genomic surveillance strategies can assist in the monitoring and public health responses of arbovirus epidemics.