Neonatal outcomes following maternal SARS-CoV-2 infection in pregnancy - longitudinal follow-up and assessment of transplacental antibody transfer

BACKGROUND: Severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) infection in pregnancy has been associated with multiple adverse pregnancy outcomes, including the risk of in utero mother-to-child transmission. Short- and long-term outcomes of SARS-CoV-2 exposed neonates and the extent to which maternal SARS-CoV-2 antibodies are transferred to neonates are still unclear. METHODS: Prospective observational study enrolling neonates born to mothers with SARS-CoV-2 infection in pregnancy, between April 2020-April 2021. Neonates were evaluated at birth and enrolled in a 12-month follow-up. SARS-CoV-2 IgG transplacental transfer ratio was assessed in mother-neonate dyads at birth. Maternal derived IgG were followed in infants until negativizing. RESULTS: Of 2745 neonates, 106 (3.9%) were delivered by mothers with SARS-CoV-2 infection in pregnancy. Seventy-six of 106 (71.7%) mothers were symptomatic. Median gestational age and mean birth weight were 39 weeks (range 25+5-41+4) and 3305 grams (SD 468). Six of 106 (6%) neonates were born preterm, without significant differences between asymptomatic and symptomatic mothers (P=0.67). No confirmed cases of in utero infection were detected. All infants had normal cerebral ultrasound and clinical evaluation at birth and during follow-up, until a median age of 7 months (range 5-12). All mothers and 96/106 (90.5%) neonates had detectable SARS-CoV-2 IgG at birth. Transplacental transfer ratio was higher following second trimester maternal infections (mean 0.940.46 versus 1.070.64 versus 0.750.44, P=0.039), but was not significantly different between asymptomatic and symptomatic women (P=0.20). IgG level in infants progressively decreased after birth: at 3 months 53% (51/96) and at four months 68% (63/96) had lost maternal antibodies respectively. The durability of maternal antibodies was positively correlated to the IgG level at birth (r=0.66; P<0.00001). CONCLUSIONS: Maternal SARS-CoV-2 infection was not associated with increased neonatal or long-term morbidity. No cases of confirmed in utero infection were detected. Efficient transplacental IgG transfer was found following second trimester maternal infections.

Virus a RNA e a DNA: importanza dell’ampliamento dello spettro d’ospite nell’evoluzione virale

L’ampliamento dello spettro d’ospite è strettamente connesso al processo evolutivo a cui i virus sono assoggettati e rappresenta una notevole sfida alla loro capacità di adattarsi. L’attitudine a superare le barriere di specie è conseguente alla costante e relativamente rapida evoluzione che caratterizza i virus; allo stesso tempo, la forza selettiva esercitata dal nuovo ospite rappresenterà un ulteriore stimolo per le capacità adattative del virus. Ad oggi, i meccanismi genetici ed evolutivi responsabili del salto di specie virale, cioè la trasmissione di un virus da un ospite tradizionale ad uno precedentemente resistente all’infezione, sono parzialmente sconosciuti. Nel seguente lavoro verranno presentati gli studi effettuati sulle dinamiche evolutive caratterizzanti virus a RNA e a DNA in cui si sono osservate variazioni dello spettro d’ospite. Gli studi hanno riguardato i coronavirus, con particolare riferimento al ruolo svolto dai pipistrelli nell’evoluzione dei coronavirus SARS-correlati, e l’importanza del gatto nell’evoluzione dei parvovirus dei carnivori. Nella prima sezione saranno mostrate le correlazioni genetiche dei coronavirus identificati in Italia nei pipistrelli appartenenti alla specie Rhinolophus ferrumequinum con i ceppi europei e del resto del mondo, allo scopo di chiarire l’origine evolutiva dei coronavirus dei pipistrelli correlati al virus della SARS (Bat-SARS-like CoV) europei, gli eventi migratori che hanno caratterizzato la loro diffusione nel continente e le potenziali ripercussioni sulla salute pubblica. Nella seconda sezione saranno evidenziate le caratteristiche molecolari dei ceppi di parvovirus circolanti nella popolazione felina, valutandone la diversità di sequenza e la complessità genetica, allo scopo di ottenere importanti informazioni in merito all’evoluzione del virus e alle interazioni tra il parvovirus e l’ospite.

Impiego di Ciclopoidi (Crustacea, Copepoda) come agenti di lotta biologica contro le zanzare (Diptera, Culicidae)

Da 25 anni la letteratura scientifica internazionale riporta studi su varie specie di microcrostacei copepodi ciclopoidi dei generi Macrocyclops, Megacyclops e Mesocyclops predatori di larve di 1a e 2a età di culicidi. Si tratta di prove di predazione in laboratorio e in pieno campo, in diverse aree del pianeta nessuna delle quali riguarda l’Italia o il resto d’Europa, contro principalmente Aedes aegypti (L.), Ae. albopictus (Skuse) e altre specie del genere Anopheles e Culex. L’allevamento massale di copepodi ciclopoidi appare praticabile e questo, assieme alle buone prestazioni predatorie, rende tali ausiliari candidati assai interessanti contro le due principali specie di zanzare, Culex pipiens L. e Ae. albpopictus, che nelle aree urbane e periurbane italiane riescono a sfruttare raccolte d’acqua artificiali di volume variabile e a regime idrico periodico o permanente. Pertanto lo scopo dello studio è stato quello di arrivare a selezionare una o più specie di copepodi candidati per la lotta biologica e valutarne la possibilità applicativa nell’ambito dei programmi di controllo delle zanzare nocive dell’ambiente urbano. L’argomento del tutto nuovo per il nostro paese, è stato sviluppato attraverso varie fasi ciascuna delle quali propedeutica a quella successiva. •Indagine faunistica nell’area di pianura e costiera sulle specie di ciclopoidi associate a varie tipologie di raccolte d’acqua naturali e artificiali (fossi, scoline, canali, risaie e pozze temporanee). I campionamenti sono stati condotti con l’obiettivo di ottenere le specie di maggiori dimensioni (≥1 mm) in ristagni con diverse caratteristiche in termini di qualità dell’acqua e complessità biocenotica. •Prove preliminari di predazione in laboratorio con alcune specie rinvenute negli ambienti campionati, nei confronti delle larve di Ae. albopictus e Cx. pipiens. Le prestazioni di predazione sono state testate sottoponendo ai copepodi larve giovani di zanzare provenienti da allevamento e calcolato il numero giornaliero di larve attaccate. •Implementazione di un allevamento pilota della specie valutata più interessante, Macrocyclops albidus (Jurine) (Cyclopoida, Cyclopidae, Eucyclopinae), per i risultati ottenuti in laboratorio in termini di numero di larve predate/giorno e per le caratteristiche biologiche confacenti agli ambienti potenzialmente adatti ai lanci. Questa parte della ricerca è stata guidata dalla finalità di mettere a punto una tecnica di allevamento in scala in modo da disporre di stock di copepodi dalla primavera, nonchè da criteri di economicità nell’impianto e nella sua gestione. •Prove di efficacia in condizioni di semicampo e di campo in raccolte d’acqua normalmente colonizzate dai culicidi in ambito urbano: bidoni per lo stoccaggio di acqua per l’irrigazione degli orti e tombini stradali. In questo caso l’obiettivo principale è stato quello di ottenere dati sull’efficienza del controllo di M. albidus nei confronti della popolazione culicidica selvatica e sulla capacità del copepode di colonizzare stabilmente tali tipologie di focolai larvali. Risultati e conclusioni Indagine faunistica e prove di predazione in laboratorio L’indagine faunistica condotta nell’area costiera ferrarese, in quella ravennate e della pianura bolognese ha portato al rinvenimento di varie specie di ciclopoidi mantenuti in laboratorio per la conduzione delle prove di predazione. Le specie testate sono state: Acanthocyclops robustus (G. O. Sars), Macrocyclops albidus (Jurine), Thermocyclops crassus (Fischer), Megacyclops gigas (Claus). La scelta delle specie da testare è stata basata sulla loro abbondanza e frequenza di ritrovamento nei campionamenti nonché sulle loro dimensioni. Ciascuna prova è stata condotta sottoponendo a un singolo copepode, oppure a gruppi di 3 e di 5 esemplari, 50 larve di 1a età all’interno di contenitori cilindrici in plastica con 40 ml di acqua di acquedotto declorata e una piccola quantità di cibo per le larve di zanzara. Ciascuna combinazione “copepode/i + larve di Ae. albopictus”, è stata replicata 3-4 volte, e confrontata con un testimone (50 larve di Ae. albopictus senza copepodi). A 24 e 48 ore sono state registrate le larve sopravvissute. Soltanto per M. albidus il test di predazione è stato condotto anche verso Cx. pipiens. Messa a punto della tecnica di allevamento La ricerca è proseguita concentrando l’interesse su M. albidus, che oltre ad aver mostrato la capacità di predare a 24 ore quasi 30 larve di Ae. albopictus e di Cx. pipiens, dalla bibliografia risulta tollerare ampi valori di temperatura, di pH e alte concentrazioni di vari inquinanti. Dalla ricerca bibliografica è risultato che i ciclopoidi sono facilmente allevabili in contenitori di varia dimensione e foggia somministrando agli stadi di preadulto alghe unicellulari (Chlorella, Chilomonas), protozoi ciliati (Paramecium, Euplotes), rotiferi e cladoceri. Ciò presuppone colture e allevamenti in purezza di tali microrganismi mantenuti in parallelo, da utilizzare come inoculo e da aggiungere periodicamente nell’acqua di allevamento dei ciclopoidi. Nel caso di utilizzo di protozoi ciliati, occorre garantirne lo sviluppo che avviene a carico di flora batterica spontanea a sua volta cresciuta su di un substrato organico quale latte, cariossidi bollite di grano o soia, foglie di lattuga, paglia di riso bollita con cibo secco per pesci, lievito di birra. Per evitare il notevole impegno organizzativo e di manodopera nonché il rischio continuo di perdere la purezza della colonia degli organismi da utilizzare come cibo, le prove comparative di allevamento hanno portato ad un protocollo semplice ed sufficientemente efficiente in termini di copepodi ottenibili. Il sistema messo a punto si basa sull’utilizzo di una popolazione mista di ciliati e rotiferi, mantenuti nell'acqua di allevamento dei copepodi mediante la somministrazione periodica di cibo standard e pronto all’uso costituito da cibo secco per gatti. Prova di efficacia in bidoni da 220 l di capacità La predazione è stata studiata nel biennio 2007-2008 in bidoni da 220 l di capacità inoculati una sola volta in aprile 2007 con 100 e 500 esemplari di M. albidus/bidone e disposti all’aperto per la libera ovideposizione della popolazione culicidica selvatica. L’infestazione preimmaginale culicidica veniva campionata ogni due settimane fino ad ottobre, mediante un retino immanicato a maglia fitta e confrontata con quella dei bidoni testimone (senza copepodi). Nel 2007 il tasso di riduzione medio delle infestazioni di Ae. albopictus nei bidoni con copepodi, rispetto al testimone, è del 99,90% e del 100,00% rispettivamente alle dosi iniziali di inoculo di 100 e 500 copepodi/bidone; per Cx. pipiens L. tale percentuale media è risultata di 88,69% e di 84,65%. Similmente, nel 2008 si è osservato ad entrambe le dosi iniziali di inoculo una riduzione di Ae. albopictus del 100,00% e di Cx. pipiens del 73,3%. La dose di inoculo di 100 copepodi per contenitore è risultata sufficiente a garantire un rapido incremento numerico della popolazione che ha raggiunto la massima densità in agosto-settembre e un eccellente controllo delle popolazioni di Ae. albopictus. Prova di efficacia in campo in serbatoi per l’acqua irrigua degli orti La prova è stata condotta a partire dalla metà di agosto 2008 interessando 15 serbatoi di varia foggia e capacità, variabile tra 200 e 600 l, utilizzati per stoccare acqua orti famigliari nel comune di Crevalcore (BO). Ai proprietari dei serbatoi era chiesto di gestire il prelievo dell’acqua e i rifornimenti come da abitudine con l’unica raccomandazione di non svuotarli mai completamente. In 8 contenitori sono stati immessi 100 esemplari di M.albidus e una compressa larvicida a base di Bacillus thuringiensis var. israelensis (B.t.i.); nei restanti 7 è stata soltanto immessa la compressa di B.t.i.. Il campionamento larvale è stato settimanale fino agli inizi di ottobre. Dopo l’introduzione in tutti i serbatoi sono stati ritrovati esemplari di copepodi, nonostante il volume di acqua misurato settimanalmente sia variato da pochi litri, in qualche bidone, fino a valori della massima capacità, per effetto del prelievo e dell’apporto dell’acqua da parte dei gestori degli orti. In post-trattamento sono state osservate differenze significative tra le densità larvali nelle due tesi solo al 22 settembre per Ae.albopictus Tuttavia in termini percentuali la riduzione media di larve di 3a-4a età e pupe nei bidoni con copepodi, rispetto al testimone, è stata de 95,86% per Ae. albopictus e del 73,30% per Cx. pipiens. Prova di efficacia in tombini stradali Sono state condotte due prove in due differenti località, interessando 20 tombini (Marano di Castenaso in provincia di Bologna nel 2007) e 145 tombini (San Carlo in provincia di Ferrara nel 2008), quest’ultimi sottoposti a spurgo e pulizia completa nei precedenti 6 mesi l’inizio della prova. L’introduzione dei copepodi nei tombini è stata fatta all’inizio di luglio nella prova di Marano di Castenaso e alla fine di aprile e giugno in quelli di San Carlo, a dosi di 100 e 50 copepodi/tombino. Prima dell’introduzione dei copepodi e successivamente ogni 2 settimane per due mesi, in ogni tombino veniva campionata la presenza culicidica e dei copepodi con dipper immanicato. Nel 2007 dopo l’introduzione dei copepodi e per tutto il periodo di studio, mediamente soltanto nel 77% dei tombini i copepodi sono sopravvissuti. Nel periodo di prova le precipitazioni sono state scarse e la causa della rarefazione dei copepodi fino alla loro scomparsa in parte dei tombini è pertanto da ricercare non nell’eventuale dilavamento da parte della pioggia, quanto dalle caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua. Tra queste innanzitutto la concentrazione di ossigeno che è sempre stata molto bassa (0÷1,03 mg/l) per tutta la durata del periodo di studio. Inoltre, a questo fattore probabilmente è da aggiungere l’accumulo, a concentrazioni tossiche per M. albidus, di composti organici e chimici dalla degradazione e fermentazione dell’abbondante materiale vegetale (soprattutto foglie) in condizioni di ipossia o anossia. Nel 2008, dopo il primo inoculo di M. albidus la percentuale di tombini che al campionamento presentano copepodi decresce in modo brusco fino a raggiungere il 6% a 2 mesi dall’introduzione dei copepodi. Dopo 40 giorni dalla seconda introduzione, la percentuale di tombini con copepodi è del 6,7%. Nell’esperienza 2008 è le intense precipitazioni hanno avuto probabilmente un ruolo determinante sul mantenimento dei copepodi nei tombini. Nel periodo della prova infatti le piogge sono state frequenti con rovesci in varie occasioni di forte intensità per un totale di 342 mm. Sotto questi livelli di pioggia i tombini sono stati sottoposti a un continuo e probabilmente completo dilavamento che potrebbe aver impedito la colonizzazione stabile dei copepodi. Tuttavia non si osservano influenze significative della pioggia nella riduzione percentuale dei tombini colonizzati da copepodi e ciò fa propendere all’ipotesi che assieme alla pioggia siano anche le caratteristiche fisico-chimiche dell’acqua a impedire una colonizzazione stabile da parte di M. albidus. In definitiva perciò si è dimostrato che i tombini stradali sono ambienti ostili per la sopravvivenza di M. albidus, anche se, dove il ciclopoide si è stabilito permanentemente, ha dimostrato un certo impatto nei confronti di Ae. albopictus e di Cx. pipiens, che tuttavia è risultato non statisticamente significativo all’analisi della varianza. Nei confronti delle larve di Culex pipiens il copepode non permette livelli di controllo soddisfacente, confermando i dati bibliografici. Nei confronti invece di Ae. albopictus la predazione raggiunge buoni livelli; tuttavia ciò non è compensato dalla percentuale molto alta di tombini che, dopo periodi di pioggia copiosa o singoli episodi temporaleschi o per le condizioni di anossia rimangono senza i copepodi. Ciò costringerebbe a ripetute introduzioni di copepodi i cui costi attualmente non sono inferiori a quelli per trattamenti con prodotti larvicidi. In conclusione la ricerca ha portato a considerare Macrocyclops albidus un interessante ausiliario applicabile anche nelle realtà urbane del nostro paese nell’ambito di programmi integrati di contrasto alle infestazioni di Aedes albopictus. Tuttavia il suo utilizzo non si presta a tutti i focolai larvali ma soltanto a raccolte di acqua artificiali di un certo volume come i bidoni utilizzati per stoccare acqua da impiegare per l’orto e il giardino familiare nelle situazioni in cui non è garantita la copertura ermetica, lo svuotamento completo settimanale o l’utilizzo di sostanze ad azione larvozanzaricida.

Circulation of canine viruses in free-ranging Italian wolves (Canis lupus italicus) from three Italian regions

In this study, the duodenum, spleen, tongue, and lungs were sampled from 56 Italian wolves who died between 2017 and 2020. The aim of the study was to evaluate the presence and spread of DNA and RNA viruses in the wolf population examined, relating the virological results to: year of sampling, region of origin, sex, age, season, genetic determination of the species, nutritional conditions, causes of death, matrices examined. In addition, the presence or absence of co-infections was evaluated. Through molecular methods, the presence of genomic DNA of three important DNA viruses was investigated, i.e.: Canine Parvovirus type 2 (CPV-2), Canine Adenovirus type 1 (CAdV-1), Canine Adenovirus type 2 (CAdV-2). Furthermore, the presence of genomic RNA of the important RNA viruses, Canine Enteric Coronavirus (CCoV) and Canine Distemper Virus (CDV), was also investigated. The results showed that the virus with the highest prevalence in the wolf population studied was CPV-2, found in 78.6% of subjects (44/56). The prevalence of CAdV was 17.9% (10/56), in particular CAdV-1 (12.5% - 7/56) and CAdV-2 (5.4% - 3/56). The results of the molecular investigations in RT-PCR of the two RNA viruses (CCoV and CDV) did not give positive results in the study population. In this study it was observed that the majority of wolves that resulted positive were in good nutritional conditions, thus excluding a direct cause of death from CPV-2, CAdV-1, and CAdV- 2 infections. Moreover, the prevalence obtained in this study suggests that, during the years here studied, the circulation of CAdV-1 and CAdV-2 in Italian wolves of the three sampled regions was sporadic, proving consistent with sporadic and short-lived introductions of the virus in these populations. However, the situation for CPV-2 is different as there was a circulation that suggests a pattern of continuous and lasting endemic exposure over time.

Effetto antinfiammatorio del trattamento emodialitico in pazienti con malattia renale cronica allo stadio terminale e COVID-19: confronto fra due filtri dializzatori (ATA vs PMMA)

Background I filtri dializzatori ad alto flusso potrebbero mitigare la “tempesta citochinica" nell'infezione da Sars-COV-2, ma il loro impatto nei pazienti in dialisi cronica non è accertato. Lo scopo delle studio è valutare l’effetto del filtro in triacetato asimmetrico di cellulosa (ATA) e in polimetilmetacrilato (PMMA) sui marcatori infiammatori in pazienti in dialisi cronica affetti da SARS-CoV-2. Metodi Si tratta di uno studio prospettico osservazionale su pazienti in trattamento emodialitico cronicp con COVID-19 arruolati da marzo 2020 a Maggio 2021.Le variabili cliniche, la conta leucocitaria, la IL-6, la proteina C-reattiva (PCR), la procalcitonina (PCT) e la ferritina sono state determinate al basale. I valori ematici di PCR, PCT, e IL-6 sono stati determinati pre e post-dialisi per ogni seduta effettuata (i valori ottenuti sono stati corretti per ’emoconcentrazione). I pazienti sono stati trattati con emodiafiltrazione online con un filtro ad alto flusso in PMMA o ATA. L’end-point primario è stato valutare l’effetto dei due filtri sulle molecole infiammatorie, in particolare sulla reduction ratio (RR) della IL-6. Risultati Dei 74 pazienti arruolati, 48 sono trati trattati con filtro ATA e 26 con filtro PMMA (420 vs 191 sedute dialitiche). La RR percentuale mediana della IL-6 è risultata maggiore nel gruppo ATA (17,08% IQR -9,0 - 40.0 vs 2,95% IQR -34,63 – 27,32. Anche le RR percentuale di PCR e PCT sono state maggiori nel gruppo ATA. La regressione logistica multipla avente come variabile dipendente una IL-6RR maggiore del 25%, ha mostrato che ATA determinava una maggiore probabilità di raggiungere l’outcome dopo correzione per i parametri infiammatori pre-dialisi (OR 1,721 95% CI 1,176 – 2,538 p=0,0056). Al contrario una PCR elevata riduceva la probabilità di ottenere una IL-6RR significativa (OR 0,9101 95% CI 0,868 – 0,949, p<0.0001). Conclusioni Nella nostra popolazione il filtro ATA ha mostrato un migliore profilo antiinfiammatorio.

Differenze di genere tra le caratteristiche cliniche e outcome dei pazienti con cancro ospedalizzati per COVID-19.

Obiettivo: Lo scopo principale di questo studio è analizzare lo sviluppo di complicanze cardiovascolari (CV) nei pazienti con neoplasia e malattia moderata-severa da COVID-19 e valutare differenze di genere per il rischio di mortalità intraospedaliera o di complicanze CV. Materiali e Metodi. Popolazione oggetto di studio. Pazienti inclusi nel registro ISACS-COVID 19 (ClinicalTrials.gov: NCT05188612), dati raccolti a partire da Febbraio 2020 a Luglio 2022. I pazienti arruolati sono stati reclutati da centri ospedalieri di cinque paesi: Italia, Croazia, Macedonia, Serbia e Romania. Le caratteristiche d’inclusione comprendono: età >18 anni, essere ospedalizzati e avere diagnosi certa d’infezione da SARS-CoV2. Gli endpoint analizzati sono stati: mortalità intraospedaliera e lo sviluppo di scompenso cardiaco acuto (SCA) nei pazienti con neoplasia. Risultati. La popolazione finale oggetto dello studio era di 4,014 pazienti ospedalizzati per malattia da COVID-19. Di questi circa l’8% risultava affetto da neoplasia. I pazienti con neoplasia risultavano essere più frequentemente donne (49% vs 40%, p=0.004), con un’età media più alta (68.3±12.95 vs 65.2±15.6, p<0.001) ma con profilo di rischio CV simile ai pazienti liberi da neoplasia. A seguito di analisi logistica di regressione multivariata, le donne non risultavano avere un incremento del rischio di mortalità intraospedaliera (OR 0.83;95%CI 0.66-2.45), mentre la presenza di tumore era significativamente associata ad incremento di mortalità (OR 1.68;95%CI 1.16-2.45). Restringendo le analisi di regressione logistica ai pazienti oncologici, le donne presentavano un incremento del rischio di sviluppo di SC acuto (OR3.07;95%CI 1.14 – 8.30) così come lo era la presenza di tumore al seno (OR 2.26; 95%CI 1.38 – 12.1). Conclusioni. La presenza di neoplasia rappresenta una condizione che incrementa il rischio di mortalità intraospedaliera nei pazienti ricoverati con COVID-19, mentre il genere femminile no. Le donne sembrano avere un rischio aumentato di sviluppo di SC acuto soprattutto se presentano un tumore al seno

Data surveillance for infectious diseases: models, complex networks and machine learning

In this thesis, we investigate the role of applied physics in epidemiological surveillance through the application of mathematical models, network science and machine learning. The spread of a communicable disease depends on many biological, social, and health factors. The large masses of data available make it possible, on the one hand, to monitor the evolution and spread of pathogenic organisms; on the other hand, to study the behavior of people, their opinions and habits. Presented here are three lines of research in which an attempt was made to solve real epidemiological problems through data analysis and the use of statistical and mathematical models. In Chapter 1, we applied language-inspired Deep Learning models to transform influenza protein sequences into vectors encoding their information content. We then attempted to reconstruct the antigenic properties of different viral strains using regression models and to identify the mutations responsible for vaccine escape. In Chapter 2, we constructed a compartmental model to describe the spread of a bacterium within a hospital ward. The model was informed and validated on time series of clinical measurements, and a sensitivity analysis was used to assess the impact of different control measures. Finally (Chapter 3) we reconstructed the network of retweets among COVID-19 themed Twitter users in the early months of the SARS-CoV-2 pandemic. By means of community detection algorithms and centrality measures, we characterized users’ attention shifts in the network, showing that scientific communities, initially the most retweeted, lost influence over time to national political communities. In the Conclusion, we highlighted the importance of the work done in light of the main contemporary challenges for epidemiological surveillance. In particular, we present reflections on the importance of nowcasting and forecasting, the relationship between data and scientific research, and the need to unite the different scales of epidemiological surveillance.

The predictive role of the human gut microbiota in covid-19: implications for disease severity and post-covid syndrome

The COVID-19 pandemic, sparked by the SARS-CoV-2 virus, stirred global comparisons to historical pandemics. Initially presenting a high mortality rate, it later stabilized globally at around 0.5-3%. Patients manifest a spectrum of symptoms, necessitating efficient triaging for appropriate treatment strategies, ranging from symptomatic relief to antivirals or monoclonal antibodies. Beyond traditional approaches, emerging research suggests a potential link between COVID-19 severity and alterations in gut microbiota composition, impacting inflammatory responses. However, most studies focus on severe hospitalized cases without standardized criteria for severity. Addressing this gap, the first study in this thesis spans diverse COVID-19 severity levels, utilizing 16S rRNA amplicon sequencing on fecal samples from 315 subjects. The findings highlight significant microbiota differences correlated with severity. Machine learning classifiers, including a multi-layer convoluted neural network, demonstrated the potential of microbiota compositional data to predict patient severity, achieving an 84.2% mean balanced accuracy starting one week post-symptom onset. These preliminary results underscore the gut microbiota's potential as a biomarker in clinical decision-making for COVID-19. The second study delves into mild COVID-19 cases, exploring their implications for ‘long COVID’ or Post-Acute COVID-19 Syndrome (PACS). Employing longitudinal analysis, the study unveils dynamic shifts in microbial composition during the acute phase, akin to severe cases. Innovative techniques, including network approaches and spline-based longitudinal analysis, were deployed to assess microbiota dynamics and potential associations with PACS. The research suggests that even in mild cases, similar mechanisms to hospitalized patients are established regarding changes in intestinal microbiota during the acute phase of the infection. These findings lay the foundation for potential microbiota-targeted therapies to mitigate inflammation, potentially preventing long COVID symptoms in the broader population. In essence, these studies offer valuable insights into the intricate relationships between COVID-19 severity, gut microbiota, and the potential for innovative clinical applications.

Network analysis and machine learning assist drug repurposing and safety assessment in neurological diseases

In recent decades, two prominent trends have influenced the data modeling field, namely network analysis and machine learning. This thesis explores the practical applications of these techniques within the domain of drug research, unveiling their multifaceted potential for advancing our comprehension of complex biological systems. The research undertaken during this PhD program is situated at the intersection of network theory, computational methods, and drug research. Across six projects presented herein, there is a gradual increase in model complexity. These projects traverse a diverse range of topics, with a specific emphasis on drug repurposing and safety in the context of neurological diseases. The aim of these projects is to leverage existing biomedical knowledge to develop innovative approaches that bolster drug research. The investigations have produced practical solutions, not only providing insights into the intricacies of biological systems, but also allowing the creation of valuable tools for their analysis. In short, the achievements are: • A novel computational algorithm to identify adverse events specific to fixed-dose drug combinations. • A web application that tracks the clinical drug research response to SARS-CoV-2. • A Python package for differential gene expression analysis and the identification of key regulatory "switch genes". • The identification of pivotal events causing drug-induced impulse control disorders linked to specific medications. • An automated pipeline for discovering potential drug repurposing opportunities. • The creation of a comprehensive knowledge graph and development of a graph machine learning model for predictions. Collectively, these projects illustrate diverse applications of data science and network-based methodologies, highlighting the profound impact they can have in supporting drug research activities.