Husholdningsstudie av COVID-19, influensa og RSV-byrde, overføringsdynamikk og viral interaksjon i Sør-Afrika (PHIRST-C)

Bakgrunn og begrunnelse: 31. desember 2019 ble Verdens helseorganisasjon (WHO) varslet om en klynge av lungebetennelsestilfeller med ukjent etiologi hos pasienter i Wuhan City, Hubei-provinsen i Kina, som en uke senere ble tilskrevet et nytt koronavirus (alvorlig akutt respiratorisk syndrom coronavirus 2: SARS-CoV-2). Gitt den raske spredningen globalt, erklærte WHO at utbruddet av SARS-CoV-2 oppfylte pandemiske kriterier 11. mars 2020. I midten av april 2020 har mer enn 2,5 millioner tilfeller og mer enn 170 000 dødsfall blitt laboratoriebekreftet i 210 land og territorier.

Influensavirus er ansvarlig for økt sykelighet og dødelighet globalt hvert år. I Sør-Afrika oppstår årlige sesongmessige influensaepidemier i vintermånedene (mai-oktober, med toppsmitte i juni-juli) og resulterer i anslagsvis 19 millioner symptomatiske infeksjoner, 128 000 alvorlige tilfeller og 11 000 dødsfall i gjennomsnitt hvert år.

Humant respiratorisk syncytialvirus (RSV) er den vanligste årsaken til akutt nedre luftveisinfeksjon i barndommen, spesielt blant spedbarn <3 måneder gamle. I Sør-Afrika sirkulerer RSV gjennom hele året med toppoverføring som vanligvis skjer i løpet av februar-april. Ikke desto mindre, fra systematiske virologiske overvåkingsdata, forventes forsinket RSV-overføring å skje i Sør-Afrika i 2020. Dette har potensial til å resultere i samtidig SARS-CoV-2, influensa og RSV toppoverføring i landet.

HIV-forekomsten er fortsatt høy i Sør-Afrika. Tilsvarende forblir forekomsten av lungetuberkulose (PTB), med samtidig skade på lungevev, vedvarende høy til tross for felles nasjonal innsats. HIV- og PTB-infeksjoner har vært assosiert med økt risiko for alvorlig sykdom (dvs. sykehusinnleggelse og død) etter infeksjon med vanlige respiratoriske patogener, inkludert influensa og RSV, selv blant personer på antiretroviral terapi.

Å forstå samfunnsbyrden, overføringspotensialet og kliniske trekk ved sykdom assosiert med SARS-CoV-2-infeksjon er avgjørende for å informere utformingen og varigheten av inneslutnings- og avbøtende tiltak, både lokalt og globalt. Et nøyaktig estimat av risikofaktorer for overføring i samfunnet, erverv og varighet av smittsomhet er avgjørende for å gi veiledning for folkehelsetiltak for å begrense overføring, samt modeller for epidemiprognoser for denne og potensielle fremtidige epidemier. Dessuten har faktorer spesifikke for Sør- og Afrika sør for Sahara (SSA) som HIV, tuberkulose, høy andel av befolkningen som er barn, underernæring og begrensede helseressurser potensial til å påvirke både overføringsdynamikken, progresjonen og prognosen for SARS -CoV-2 sykdom; samt belastningen på helsevesenet og samfunnet.

Mens kunnskap har blitt oppnådd om overførbarheten og de kliniske egenskapene til SARS-CoV-2 siden dens fremvekst, er flere nøkkelspørsmål knyttet til virusets naturhistorie fortsatt dårlig besvart, spesielt i afrikansk kontekst. Spesielt angrepsfrekvensen i samfunnet etter alder, barnas rolle i overføring av lokalsamfunn og husholdninger, den asymptomatiske infiserte fraksjonen, rollen til asymptomatiske individer i overføringen, interaksjonen av SARS-CoV-2 med andre vanlige respiratoriske patogener som influensa og RSV, risikoen for reinfeksjon med SARS-CoV-2 og korrelasjonen mellom PCR-bekreftet infeksjon og serologisk respons blant annet, er fortsatt dårlig forstått. Kritisk er effekten av HIV-infeksjon på overføring og sykdomsgrad assosiert med SARS-CoV-2-infeksjon ukjent. Sør-Afrika har en HIV-prevalens på omtrent 15 % i den generelle befolkningen, og representerer over 7 millioner mennesker hvorav over 5 millioner tar antiretroviral terapi.

Mål: I urbane og rurale sørafrikanske miljøer har studien som mål å karakterisere samfunnsbyrden (inkludert de kliniske egenskapene) og overførbarheten til SARS-CoV-2 i sammenheng med en funksjonell antistoffrespons. I tillegg vil effekten av interaksjonen av SARS-CoV-2 med influensavirus og RSV på sykdomsgrad og overføringsdynamikk bli vurdert. Dette vil bli gjennomført fra et tidlig stadium gjennom epidemien i Sør-Afrika.

Primære mål:

1. For å estimere samfunnsbyrden av SARS-CoV-2, inkludert:

   1.1 forekomsten av SARS-CoV-2-infeksjon i samfunnet bestemt av polymerasekjedereaksjon (PCR) og serologiske analyser; 1.2 korrelasjonen mellom individer som serokonverterte for SARS-CoV-2 og testet positive ved PCR; 1.3 inkubasjonsperioden og den symptomatiske fraksjonen assosiert med SARS-CoV-2-infeksjon; 1.4 spekteret av alvorlighetsgrad assosiert med symptomatiske infeksjoner; 1.5 andelen personer med symptomatisk infeksjon som søker medisinsk behandling; og 1.6 effekten av interaksjonen av SARS-CoV-2 med influensa og RSV på sykdommens alvorlighetsgrad.

2. For å vurdere overføringsdynamikken til SARS-CoV-2-infeksjoner i samfunnet, inkludert:

2.1 estimering av SARS-CoV-2 husholdnings sekundær infeksjonsrisiko (SIR), generasjonstid og lengde på avfall; 2.2 estimering av sannsynligheten for overføring av SARS-CoV-2-infeksjon mellom individer (både symptomatisk og asymptomatisk/presymptomatisk) i husholdningen og potensielt samfunnet; 2.3 estimering av SARS-CoV-2 effektive reproduksjonsnummer (Rt) og dets variasjon over tid i samfunnet; og 2.4 effekten av interaksjonen av SARS-CoV-2 med influensa og RSV på overføringsdynamikk.

Metoder: En prospektiv kohortstudie på husholdningsnivå vil bli utført i ett landlig og ett urbant samfunn lokalisert i henholdsvis Mpumalanga-provinsen (det demografiske overvåkingsstedet Agincourt) og Nordvest-provinsen (Klerksdorp). Studien vil bli utført i 14 måneder med intensiv oppfølging (juli 2020 til august 2021) med en postintensiv oppfølging som fortsetter i ytterligere 16 måneder (til desember 2022).

To hundre husstander; 100 per sted med forventet gjennomsnittlig antall husstandsmedlemmer på 5, noe som resulterer i 1000 studiedeltakere i alle aldre; vil bli tilfeldig valgt fra en liste over 327 husstander som deltok og fullførte en 10-måneders oppfølgingsperiode i en studie som ligner på den som for øyeblikket er foreslått, men rettet mot samfunnsbyrder og overføringsdynamikk av influensa, respiratorisk syncytialvirus og andre respiratoriske patogener (PHIRST-studien utført i løpet av 2016-2018 i de samme to samfunnene). De henvendte husstandene vil bli vurdert på nytt for studiekvalifisering (dvs. minimum 3 husstandsmedlemmer og minst 80 % av husstandsmedlemmene samtykker til å delta). Husholdningene i PHIRST-studien 2016-2018 ble identifisert av tilfeldig utvalgte geokoordinater innenfor de to samfunnene. Baseline-karakteristikker for denne gruppen er allerede tilgjengelige og vil bli fastslått på nytt etter innhenting av samtykke. Samtykke husstandsmedlemmer som har kommet inn i husholdningen siden avslutningen av PHIRST-studien 2016-2018 vil også bli registrert. Hver husstand og husstandsmedlem vil bli oppregnet og HIV-infeksjonsstatusen og nivået av immunsuppresjon av HIV-infiserte individer vil bli vurdert (hvis ukjent) hos samtykkende individer.

Hvert husstandsmedlem vil bli fulgt to ganger i uken i løpet av den intense oppfølgingsperioden (12 måneder) av studien. I løpet av denne perioden vil prøver fra øvre luftveier bli samlet inn uavhengig av tilstedeværelse av symptomer og data om nøkkelsymptomer, helsehjelp, sykehusinnleggelse og død vil bli fanget opp ved hvert oppfølgingsbesøk på en REDCap nettbrettbasert sanntidsdatabase. Respirasjonsprøver vil bli testet ved revers transkriptase sanntids polymerasekjedereaksjon (rRT-PCR) for SARS-CoV-2, influensa og RSV, og utvalgte prøver vil bli dyrket og sekvensert. Et infeksjonsrisikospørreskjema vil bli administrert til alle studiedeltakerne ved påmelding og hver måned deretter. Sera vil bli samlet inn ved påmelding og hver 2. måned i løpet av den 12-måneders intense oppfølgingsperioden fra alle deltakere. I tillegg vil sera bli samlet inn annenhver måned i ytterligere 6 måneder etter den intense oppfølgingsperioden på 12 måneder fra studiedeltakere som testet positivt for SARS-CoV-2 ved rRT-PCR på luftveisprøver ved 14, 16 og 18. måneder og fra alle studiedeltakere ved 18 måneder. Sera vil bli testet for tilstedeværelse av SARS-CoV-2, influensa og RSV-antistoffer. Bærbare nærhetssensorer vil bli utplassert i 8-12 dager i hver husholdning i løpet av den 6-måneders intense oppfølgingsperioden.

Virkning: Denne studien vil gi viktig informasjon om virusets naturhistorie som vil påvirke beslutninger om optimale strategier for inneslutning og demping av de nåværende og potensielle fremtidige epidemiene av SARS-CoV-2 lokalt, regionalt og globalt.