¿Cómo la epidemiología genómica está rastreando la propagación de COVID-19 a nivel local y global?

El nuevo coronavirus desafía la tecnología de secuenciación del genoma y el procesamiento de datos como nunca antes.

En diciembre de 2019, se detectaron por primera vez nuevos casos de neumonía grave en Wuhan, China, y se determinó que la causa era un nuevo coronavirus beta relacionado con el coronavirus del síndrome respiratorio agudo severo (SARS) que surgió de un reservorio de murciélagos en 2002. Durante el En el primer mes del brote, 2641 casos de COVID-19 provocaron 1832 ingresos hospitalarios, 207 ingresos en cuidados intensivos y 126 muertes. La enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19), la enfermedad causada por el SARS-CoV-2, fue declarada por la Organización Mundial de la Salud emergencia de salud pública de importancia internacional el 30 de enero de 2020 y pandemia el 11 de marzo de 2020. Covid 19 ha creado bloqueos en todo el mundo, perturbaciones económicas y sociales que han llevado a la saturación del sector de la salud.

Múltiples brotes sugieren que las estrategias de preparación y respuesta necesitan modernización. Los avances modernos en secuenciación de ADN, genómica, epidemiología y análisis de big data brindan nuevos modelos para rastrear redes de transmisión sintomáticas y asintomáticas e identificar sitios de propagación y poblaciones en riesgo, lo que permite la capacidad de interrumpir o retrasar la transmisión del virus para disminuir social y económicamente. perturbación y reducir la morbilidad y la mortalidad.

Muestras y Datos Epidemiológicos

Los genetistas han podido secuenciar genomas virales durante décadas, pero los últimos avances tecnológicos implican que ahora pueden hacerlo en cuestión de horas o días. Con la misma rapidez, los científicos de todo el mundo pueden compartir lo que aprenden a través de una red global de código abierto conocida como Nextstrain. Esta velocidad y colaboración han cambiado las reglas del juego, permitiendo que esta "epidemiología genómica" se use en tiempo real a medida que se desarrolla la pandemia de COVID-19. Gran parte del poder de la epidemiología genómica se deriva del hecho de que la mayoría de los virus cometen muchos errores cuando copian sus genomas, por lo que las variaciones en la secuencia, es decir, nuevas mutaciones, aparecen con relativa frecuencia. Eso es particularmente cierto en el caso de los virus que usan ARN como material genético, como lo hacen los coronavirus. Muy pocas de estas mutaciones influyen en cómo actúa el virus, la mayoría no tiene ninguna consecuencia aparente, pero los investigadores pueden usarlas como marcadores para hacer un árbol genealógico del virus y ver cómo ha cambiado el virus con el tiempo y cómo se ha extendido desde local a local.

Al comienzo del brote de COVID-19, investigadores de todo el mundo comenzaron a secuenciar virus probados de pacientes y crearon un árbol genealógico del virus en Nextstrain. Casi al instante, pudieron ver que el árbol era corto: las secuencias del virus aún no habían adquirido muchas mutaciones distintas, lo que significa que el nuevo coronavirus, SARS-CoV-2, no había estado infectando a los humanos durante mucho tiempo. Además, el árbol tenía un solo tronco, lo que indica que todos los virus que infectan a los humanos probablemente se redujeron de un solo caso a principios de diciembre de 2019. La mutabilidad genética del virus SARS Cov-2 también significa que los epidemiólogos pueden usar estas variaciones en su genoma para rastrear la velocidad de el virus durante una epidemia. Esto se debe a que la mayoría de las mutaciones son esencialmente aleatorias, por lo que es probable que cada rama del árbol del virus tenga su propio conjunto único de mutaciones. Si el virus de una persona contiene mutaciones A, B y C, por ejemplo, esa persona podría haberlo contraído de alguien cuyo virus porta A y B o A y C, pero no de alguien cuyo virus tiene A, B, C y D. .

Siguiendo el rastro genético

Al principio de la pandemia actual, Nextstrain registró la presencia de genomas de coronavirus idénticos o casi idénticos de personas en países tan distantes como Canadá, Australia y el Reino Unido. Los genomas eran tan parecidos que los científicos concluyeron que debían haber compartido una fuente común. Esa bandera roja provocó más interrogatorios, que revelaron que todos los enfermos habían viajado recientemente a Irán. Para el virus Covid-19, cada linaje viral acumula unas 30 mutaciones nuevas por año, lo que equivale a una mutación nueva por cada dos eslabones de la cadena de transmisión. Como resultado, la misma secuencia del genoma viral se puede encontrar en varias personas, por lo que los rastreadores del genoma pueden reducir la transmisión a solo un puñado de sospechosos. La incertidumbre adicional proviene del hecho de que los investigadores probablemente no puedan secuenciar los virus de cada individuo infectado en una pandemia generalizada.

Árbol genealógico viral

Los genomas pueden ser muy buenos para responder una pregunta clave de salud pública al principio de una epidemia: ¿las nuevas infecciones en una localidad determinada son importadas por viajeros o son de cosecha propia? Este último, el resultado del virus que circula dentro de la comunidad, crearía la necesidad de medidas de distanciamiento social que ahora son familiares para muchos de nosotros.

A fines de febrero, por ejemplo, los secuenciadores encontraron pacientes en Alemania e Italia que compartían la misma mutación viral inusual. Dado que el paciente alemán se enfermó antes, esto llevó a algunos investigadores a sugerir que el virus se había propagado desde Alemania a Italia. Sin embargo, en realidad, tanto los pacientes alemanes como los italianos podrían haber contraído el virus de una tercera persona, aunque misteriosa, cuyo virus no fue secuenciado. Aún así, estas limitaciones no han impedido que la epidemiología genómica desempeñe un papel clave en la pandemia de COVID-19. El enfoque ha ayudado a los funcionarios de salud pública a identificar el patógeno, rastrear sus viajes y reconocer rápidamente la propagación comunitaria. Y en los próximos meses, el método puede tener más para contribuir. Es probable que una contribución provenga de estudios a más largo plazo sobre dónde se ubican las mutaciones en el genoma. Recuerde, la mayoría de los cambios genéticos hacen poca o ninguna diferencia para el virus: son "neutrales", en la jerga de los biólogos evolutivos. Pero es más probable que importen las mutaciones que cambian la forma de proteínas clave, como la proteína de punta en la superficie del virus que se une a los receptores en nuestras células.

Mediante el uso de migas de pan genómicas para rastrear la transmisión del virus, los epidemiólogos esperan reconocer qué actividades tienen más probabilidades de propagar el virus. La comunidad científica se centra en encontrar la mayor cantidad posible de datos genómicos. El siguiente paso podría ser descubrir vínculos entre las secuencias genómicas del SARS-CoV-2 y sus propiedades virales. Esto podría ayudar a los científicos a comprender si una mutación en particular conduce a una infección más grave o a un conjunto de síntomas.