Alfonso Mata
La secuenciación del genoma revela la secuencia de los nucleótidos en un gen, como letras del alfabeto en palabras. Los nucleótidos son moléculas orgánicas que forman el bloque de construcción de la unidad estructural de los ácidos nucleicos, como el ARN o el ADN. La comparación de la composición de nucleótidos en un gen de virus en diferentes momentos, personas y lugares, puede revelar variaciones entre virus y en un mismo virus de nuevas variedades. Las variaciones genéticas son importantes porque pueden afectar la estructura de las proteínas de la superficie del virus y por tanto sus propiedades: trasmisión, reproducción, daño. Las proteínas están hechas de secuencias de aminoácidos. La sustitución de un aminoácido por otro, puede afectar las propiedades de un virus como: qué tan bien se transmite un virus entre las personas, cuánto virus producir y qué tan susceptible es el virus a los medicamentos antivirales o las vacunas actuales. Así que los datos de la secuencia del genoma viral son una herramienta cada vez más importante, para detectar y comprender la propagación de enfermedades infecciosas en tiempo real y para generar respuestas efectivas.
Los avances en la velocidad, granularidad, asequibilidad y portabilidad de las tecnologías de secuenciación genómica, han creado un potencial transformador para la vigilancia genómica rápida generalizada durante los brotes de enfermedades infecciosas, particularmente cuando los datos de secuenciación genómica se integran y analizan junto con la epidemiología poblacional, los datos clínicos del paciente .
El campo de filodinámica avanza rápidamente y utiliza marcos estadísticos bayesianos para obtener información epidemiológica y evolutiva de los patógenos para rastrear su historia, inferir dinámicas de transmisión y construir árboles filogenéticos. Antes del advenimiento de la secuenciación del genoma viral y la filodinámica (La filodinámica viral se define como el estudio de cómo los procesos epidemiológicos, inmunológicos y evolutivos actúan y potencialmente interactúan para dar forma a las filogenias virales), las estimaciones de los parámetros críticos de la epidemia para informar y generar la respuesta de salud pública ante un brote, se basaba en datos estadísticos como el número reproductivo básico (Ro), es decir, dependía exclusivamente datos de incidencia epidemiológica. En la actualidad, la secuenciación de los genomas virales, puede ayudar a responder, y en algunos casos, puede proporcionar, la única forma de responder, preguntas que son fundamentales para comprender, mitigar y controlar un brote de virus: la identidad y la novedad del virus causal; su origen en términos de reservorio y geografía; su introducción en humanos; sus vínculos con otros brotes; y su potencial para evolucionar y adaptarse localmente y modificar respuestas fisiológicas que luego se transforman en patológicas e impacto de tratamientos.
Cuando se combina con información epidemiológica, la secuenciación genómica puede ser particularmente útil para investigar brotes de virus de ARN, como el SARS-CoV-2. Ya se han hecho llamamientos para mejorar la respuesta a la pandemia de COVID-19 integrando datos genómicos, epidemiológicos y clínicos. Desarrollar y desplegar rápidamente intervenciones y contramedidas precisas y específicas requerirá una comprensión más granular de exposición e infección por variantes de virus dentro y entre poblaciones, así como los cofactores genéticos, de comorbilidad, sociales y ambientales que modulan la gravedad de la enfermedad.
La secuenciación del genoma del virus es una piedra angular del campo emergente de la «epidemiología genómica», que aprovecha los enfoques filodinámicos para aclarar los patrones y eventos de transmisión de patógenos con mayor detalle de lo que es posible con las investigaciones epidemiológicas tradicionales. La epidemiología genómica se define como el uso de la secuenciación del genoma del patógeno, para comprender la transmisión y la epidemiología de las enfermedades infecciosas.
El uso de datos genómicos tiene implicaciones prácticas sustanciales para la práctica de salud pública en torno al control de enfermedades infecciosas, al mejorar las capacidades de vigilancia continua, diagnóstico rápido y seguimiento de enfermedades en tiempo real. En situaciones en las que existe un conocimiento previo de mutaciones que afectan características específicas del virus, como virulencia, susceptibilidad a medicamentos y antigenicidad, secuenciación del genoma completo (WGS) de patógenos, ahora se puede realizar en (casi) en tiempo real directamente en los servicios de salud y puede proporcionar esta información durante un brote.
Esta información también puede permitir diagnósticos moleculares en el punto de atención e informar regímenes de tratamiento individualizados similares al uso de datos genéticos humanos en medicina de precisión. A nivel de la población, el WGS combinado con datos epidemiológicos puede usar mutaciones de patógenos como marcadores de eventos de transmisión para «revelar patrones de transmisión epidémica en una resolución a gran escala» para informar intervenciones de salud pública a gran escala más precisas y específicas que los enfoques tradicionales. El WGS de patógenos se ajusta al paradigma más amplio del enfoque One Health, que considera la salud humana, animal y ambiental in toto. Dado que la mayoría de las enfermedades infecciosas emergentes tienen orígenes zoonóticos y a menudo se contagian a los humanos en entornos de alta diversidad biológica, La aplicación de la epidemiología genómica en los tres dominios podría reforzar el enfoque de One Health para la vigilancia, prevención y control de esas enfermedades.
Los parientes coronavirus del actual
Fueron pioneros en algunos sentidos en cuanto a su secuenciación. El brote de coronavirus del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV) fue una de las primeras epidemias caracterizadas por una extensa secuenciación del genoma y se definió por un conjunto cronológico de cambios de secuencia, que brinda una oportunidad única para identificar la base genética para la transmisión del virus zoonótico y la patogénesis entre especies durante una epidemia creciente. Primero, la secuenciación directa desde la clínica de los pacientes índice, identificó un nuevo coronavirus como el origen microbiano de la enfermedad, lo que condujo al rápido desarrollo de pruebas de diagnóstico. Los análisis de secuencia y los datos epidemiológicos, demostraron que varias introducciones independientes de cepas zoonóticas causaron casos humanos y esto precedió al brote en expansión a principios del otoño de 2002. Segundo, los hospitales fueron epicentros de eventos de expansión de enfermedades caracterizado por eventos de mutación secuencial y superdifusión, lo que llevó a los viajeros a diseminar la enfermedad en Hong Kong, Taiwán y Vietnam y luego a nivel mundial. Las comparaciones de secuencias con CoV tipo SARS en mercados abiertos, identificaron rápidamente a las civetas y los perros mapache como reservorios potenciales para infecciones humanas, lo que condujo al cierre rápido de los mercados abiertos y la supresión del brote en expansión. En general, al comparar los aislados humanos de fase temprana, media y tardía, con los aislados de civeta, la secuenciación reveló 9-12 cambios de aminoácido.
Este tipo de enfoque puede mejorar la comunicación entre diferentes entidades (por ejemplo, laboratorios de salud pública, centros médicos regionales, hospitales académicos, organizaciones nacionales y universidades) y proporcionar una imagen más rica y matizada del panorama epidemiológico de un brote de enfermedad infecciosa, que permite la investigación y la confirmación potencial de hipótesis que serían difíciles de perseguir sin la integración de información genómica en el enfoque. Un ejemplo instructivo es el marco de vigilancia desarrollado para evaluar las circunstancias de la transmisión del virus de la fiebre amarilla transmitida por mosquitos. Al integrar la vigilancia genómica viral rápida con datos epidemiológicos y espaciales, tanto de humanos como de animales, se demostró que el brote se originó a partir de múltiples eventos de transmisión selvática (mosquito que habita en el bosque) de animales a humanos, en lugar de la transmisión urbana de humano a humano por mosquitos. Por lo tanto, este tipo de marco puede ayudar a estimar el riesgo de exposición viral humana a través del espacio y el tiempo, al mismo tiempo que se monitorea la probabilidad de diferentes vías de transmisión.
