Se pone a prueba la secuenciación como alerta temprana de infección

Detección mediante la secuenciación: Máquinas de secuenciación como la que se muestra aquí, desarrollada por Pacific Biosciences, algún día podrían ayudar a prevenir brotes de enfermedades. Fuente: Dana Underwood/Pacific Biosciences

Los científicos están considerando la potencia de la rápida y económica secuenciación de ADN como sensor ambiental para patógenos infecciosos capaces de propagarse a través de una comunidad. Tienen la esperanza de que este método pueda proporcionar un tipo de alarma más rápida sobre el brote de una enfermedad.

En un proyecto conocido como Mapa del Tiempo de Enfermedades, Eric Schadt y sus colegas en Pacific Biosciences, una startup de secuenciación en Menlo Park, California, están usando la tecnología para hacer un seguimiento de los virus de un número de ubicaciones en todo el Área de la Bahía, incluidas las estaciones de aguas residuales, los asideros en los aseos, y las bocas de sus propios empleados.

El proyecto piloto, que Schadt presentó la semana pasada en la conferencia Personal Genomes de Cold Spring Harbor, Nueva York, se encuentra todavía en sus comienzos—no está todavía claro con qué amplitud o densidad los científicos necesitarían tomar muestras del medio ambiente para determinar los signos de advertencia antes que con el uso de los métodos de control existentes, tales como los informes médicos y las pruebas de cultivo de patógenos en el laboratorio. Sin embargo han demostrado que es posible obtener, secuenciar y analizar las muestras genómicas recogidas del medio ambiente en una sola jornada.

"La idea es construir un mapa meteorológico en tiempo real de las enfermedades mediante el muestreo de diferentes lugares, como aeropuertos, el BART (Bay Area Rapid Transit), o las salas de emergencias, y utilizarlo para medir el flujo de patógenos a través del tiempo", afirma Schadt. "Si podemos identificar de forma temprana la influencia de algo como el H1N1 en una comunidad, entonces tal vez podamos movilizar los recursos necesarios para reaccionar, como por ejemplo conseguir suministros de Tamiflu". Espera, en última instancia, poder combinar los datos de los virus con un software de mapeo y crear una imagen de los patógenos en un barrio en particular.

Schadt, que se convirtió en director científico de Pacific Biosciences el año pasado, concibió el proyecto como una manera de aprovechar la velocidad de la novedosa tecnología de secuenciación de la compañía. Para que los científicos puedan actuar con la rapidez suficiente como para proteger la salud pública, tienen que ser capaces de secuenciar y analizar datos de virus de forma extremadamente rápida. La primavera pasada, Pacific Biosciences colaboró con el Departamento de Salud de Nueva York para demostrar que la tecnología de secuenciación de la empresa se podría utilizar para secuenciar y analizar las diferentes cepas del virus de la gripe A en un solo día.

Las agencias públicas de salud, tales como los departamentos de salud estatales y los Centros para el Control de Enfermedades, actualmente utilizan una combinación de enfoques para la detección de brotes, basándose en informes médicos, pruebas moleculares, y una nueva generación de herramientas basadas en Internet. Google Flu Trends, por ejemplo, predice los brotes de gripe en función del número de personas que buscan información sobre la gripe. No obstante ninguno de estos enfoques hace un seguimiento del medio ambiente, en lugar de personas, a la búsqueda de agentes patógenos. Los científicos esperan que este enfoque sea capaz de detectar los signos del brote antes que los métodos existentes—antes de que un número significativo de personas acaben enfermas—permitiendo a las ciudades y estados prepararse mejor para los posibles brotes o incluso prevenirlos. "Esta es probablemente la ola del futuro en términos de hacia dónde queremos ir en cuanto a vigilancia", afirma John Brownstein, investigador en el Hospital Infantil de Boston y creador de HealthMap, una herramienta de vigilancia de enfermedades basada en Internet.

Para el proyecto piloto, los investigadores de Pacific Biosciences tomaron muestras de zonas comunes en la sede de la empresa, tales como las manijas de las puertas, aseos, y refrigeradores, una vez por semana durante un mes. También tomaron hisopos de mejilla de empleados voluntarios dos veces al mes durante dos meses y medio.

Los investigadores encontraron múltiples cepas de la gripe en un número de personas y en las superficies, incluyendo el virus H1N1 relacionado con pandemia de gripe porcina del año pasado. Todavía no está claro el grado de predicción del método, aunque los investigadores han observado indicios de su potencial. Una semana después de comenzar el estudio, afirma Schadt, un número de voluntarios no se presentó a las pruebas porque estaban enfermos. Casi todos los que se presentaron dieron positivo en cuanto al H1N1, y el virus estaba presente en todas las superficies de la oficina.

Los investigadores también pudieron hacer un seguimiento del surgimiento de una nueva variante de un virus de la gripe—una de las ventajas de utilizar la secuenciación para controlar los virus y otros patógenos. Los cambios de pequeño tamaño en el ADN, aunque sólo sean de pares de bases individuales, pueden hacer que los microbios sean más peligrosos o resistentes a los fármacos, afirma George Church, genetista de la Escuela de Medicina de Harvard, que en la actualidad trabaja en un proyecto similar. Con las pruebas de Pacific Biosciences, los investigadores identificaron dos mutaciones en un virus de la gripe en particular y luego registraron cómo la nueva variante se convirtió en más común que la original.

Como parte del mismo proyecto, los colaboradores de la Universidad de California en San Francisco, recolectaron muestras de las instalaciones locales de tratamiento de aguas residuales, con el objetivo de tomar muestras del virus en una comunidad a un nivel mucho más amplio. Si bien los investigadores aún están trabajando en los detalles técnicos sobre cómo aislar el ADN viral de las aguas residuales contaminadas de bacterias, encontraron algunas cepas interesantes. "Cuando te acercas, no sólo encuentras los patógenos que causan enfermedades en las personas, tales como los enterovirus y otros virus tanto del tracto respiratorio como del intestinal, sino que también estamos encontrando un montón de otros virus específicos para los diferentes alimentos que comemos", afirma Schadt. Por ejemplo, detectaron un virus común en las plantas de tomate y pimienta. "Podemos empezar a pensar en usar los estudios epidemiológicos para identificar los patrones de los alimentos consumidos en diferentes áreas, lo que sería interesante para relacionarlo con las enfermedades".

Rob Knight, biólogo de la Universidad de Colorado en Boulder, y sus colaboradores están trabajando en un proyecto similar, llamado BioWeatherMap. Están secuenciando material genético recuperado de billetes de dólar recogidos de todas partes del país y fuera de él para determinar la precisión con la que el dinero refleja las comunidades microbianas en nuestras manos, así como para buscar diferencias según la fuente, comparando las salas de emergencia con las cafeterías de universidades, por ejemplo.

Schadt tiene por objeto utilizar los datos experimentales para reunir financiación por parte de Google o de otras fuentes y así ampliar los trabajos. Obviamente, la potencia de predicción será crucial para el éxito del proyecto. No está claro cuánta secuenciación tendrán que llevar a cabo para producir un impacto en la salud pública. "No estamos listos para analizar cientos de muestras a la vez", afirma Schadt, y agregó que, para 2014, la compañía espera que la máquina PacBio sea capaz de secuenciar gigabytes de ADN en 15 minutos. A ese ritmo, podría secuenciar virus como la gripe A, que sólo posee alrededor de 13.000 letras de ADN, a razón de aproximadamente 300.000 por hora.