Tracking coronavirus mutations can help predict pandemic’s future

A woman a face shield, mask and gloves holds a rack of vials

La administración Biden está impulsando los esfuerzos para identificar y rastrear las variantes del coronavirus para ayudar a los científicos a ver hacia dónde se dirige la pandemia.

Por Melissa HealyStaff Writer

Feb. 8, 2021 10:04 AM PT

Cuando un nuevo coronavirus comenzó su carrera asesina, hace poco más de un año, el uso de la secuenciación genética como herramienta para rastrear brotes infecciosos estaba en sus inicios.

Con qué rapidez crece una ciencia joven en una pandemia:

este mes, la práctica de la vigilancia genómica alcanza su mayoría de edad. La administración Biden lanzó una iniciativa sin precedentes para secuenciar decenas de miles de muestras de coronavirus de personas recién infectadas en todos los estados y territorios de EE.UU, y crear un programa para sondear esos datos en busca de información sobre hacia dónde se dirige la pandemia.

La pieza central del proyecto, el nuevo programa Nacional de Vigilancia de Cepas de SARS-CoV-2, o NS3, tendrá la tarea de detectar nuevas variantes emergentes del virus a tiempo para montar respuestas efectivas.

Pero eso es solo el comienzo. Al permitir que los científicos observen los patrones de crecimiento de la pandemia, la vigilancia genómica podría ayudar a los funcionarios a anticipar cuándo los nuevos brotes ejercerán presión sobre la capacidad hospitalaria, dónde las campañas de vacunación podrían aplacar brotes y si el aumento de cepas preocupantes debería dictar medidas de salud pública más estrictas.

Si se lleva a cabo según lo previsto, la iniciativa podría tomar una técnica que hasta ahora se utilizó para reconstruir los brotes después de ocurridos, y utilizarla para preverlos.

Sin embargo, es algo que no llegará lo suficientemente pronto, advirtieron los investigadores. Estados Unidos necesita expandir su vigilancia genómica “veloz y exponencialmente”, comentó Kristian Andersen, quien dirige un programa de genómica de enfermedades infecciosas en el Scripps Research Institute, en La Jolla. “Cuanto más rápido, mejor”.

Sin duda, hay margen de mejora. Durante una sola semana a principios de enero, por ejemplo, solo se secuenciaron completamente 251 muestras virales en todo el país. Esa cifra representó un poco más del 0.01% de las 1.972,530 nuevas infecciones confirmadas esa semana en el país.

“Estamos trabajando con los ojos vendados si no podemos rastrear la aparición y propagación de estas nuevas variantes del SARS-CoV-2”, señaló el Dr. Charles Chiu, un genetista de UC San Francisco, cuyo laboratorio jugó un papel clave en el descubrimiento de una variante propia que crece rápidamente en California.

Si el programa de vigilancia triunfa, agregó Chiu, “estaremos preparados no solo para el SARS-CoV-2, sino también para cualquier otra amenaza infecciosa emergente en el futuro”.

Para ganar esa visibilidad, siete universidades y una gran cantidad de laboratorios privados en todo el país intensificaron su trabajo y ahora están analizando 3.000 nuevas muestras virales por semana, detalló la Dra. Rochelle P. Walensky, nueva directora de los Centros para el Control y Prevención de Enfermedades (CDC). A medida que más universidades se sumen online, en el próximo mes, el objetivo de los CDC es coordinar la secuenciación genética de 7.000 muestras cada semana y difundir lo obtenido a partir de ellas a los estados y el público, expresó.

Además, la administración Biden destinó $15 millones para ayudar a los departamentos de salud pública estatales y territoriales a desarrollar su capacidad de recolectar, compartir y analizar muestras virales, para luego fusionar esos datos con la práctica tradicional de epidemiología. El financiamiento para la iniciativa más amplia proviene de un fondo de $19.100 millones reservado en una medida de financiamiento de emergencia para expandir la capacidad del país de realizar pruebas y rastrear contactos.

El programa NS3 exige someter una muestra semanal de 750 muestras virales a pruebas de laboratorio creadas para detectar si han adquirido nuevas capacidades, incluida la posibilidad de “escapar” de los efectos de los medicamentos o las vacunas que se utilizan para tratar o proteger contra el COVID-19. “Este es un buen comienzo”, enfatizó Walensky.

Durante más de una década, los CDC y las agencias estatales han utilizado la secuenciación genómica para investigar infecciones hospitalarias, monitorear brotes causados por alimentos contaminados y rastrear cepas competidoras de influenza, VIH y tuberculosis. Pero no estaban preparados para el tamaño y la velocidad de la pandemia de COVID-19.

A medida que estalló el brote, los departamentos de salud pública estatales y locales abandonaron en gran medida la esperanza de seguir la propagación viral mediante el rastreo de contactos. Con tantos infectados, tanta propagación asintomática y pruebas tan irregulares, ha habido un tiempo limitado para llevar adelante la práctica detectivesca de preguntar a las personas a dónde viajaron y con quién tuvieron contacto, en pos de crear un árbol de infecciones secuenciales.

La vigilancia genómica ofrece una alternativa de alta tecnología para mapear la propagación del virus.

Para entender cómo, es útil saber que los 30.000 nucleótidos que componen el genoma del SARS-CoV-2 suelen mutar a un ritmo predecible a medida que el virus pasa de un individuo a otro. Si se secuenciaran muestras virales de varias personas que fueron infectadas por una sola, se podría colocar la secuencia larga de letras de cada muestra junto a las otras y ver que provienen de una fuente común. Si luego se secuencian muestras de los individuos posteriormente contagiados, la progresión de los cambios de letras observados en estas últimas permitiría inferir quién infectó a quién.

En poco tiempo se obtendría un árbol de infecciones que puede revelar cuándo y dónde han surgido nuevos brotes, cuánto han crecido y hacia dónde es probable que avancen.

Si una nueva rama comenzara a desplegar brotes a un ritmo sorprendente, podría ser evidencia de un evento de superdifusión: una fiesta, tal vez, o una manifestación política. O se podría sospechar que la estructura genética del virus ha cambiado -como ocurrió en Gran Bretaña-, para hacerlo más contagioso.

Al ampliar esa imagen se podrían trazar líneas entre las infecciones individuales. Al alejarse de ella, la forma general de la pandemia se hace evidente: patrones de propagación, poblaciones con vulnerabilidades especiales, puntos de inflexión.

Pero lograr ese nivel de resolución requerirá de mucho más trabajo.

Los CDC han recolectado y secuenciado muestras de coronavirus desde el comienzo de la pandemia. Para el 1º de enero pasado, una base de datos pública administrada por los Institutos Nacionales de Salud (NIH, por sus siglas en inglés) incluyó los genomas completos de 34.873 muestras, para el estudio detenido de los investigadores.

Pero no ofrecieron una imagen real de lo que estaba sucediendo en todo el país. La mayoría de las presentaciones provinieron de estados como Washington, California, Nueva York y Texas, que implementaron sus propios programas de secuenciación. Y solo unos pocos estados tienen la capacidad de analizar muestras de coronavirus en laboratorios para ver si son resistentes a las vacunas o a los medicamentos contra el COVID-19.

Gloved hands hold a rack of sample vials near lab equipment

Las universidades y los centros médicos con laboratorios de genética bien financiados también revisaron muestras adicionales. A principios de 2021, habían compartido datos de secuenciación de otros 52.364 especímenes estadounidenses con un consorcio mundial de investigadores en genética conocido como GISAID.

Incluso al ponerlos juntos, examinar los datos de secuenciación fue como mirar por el ojo de una cerradura. Faltaban lugares y poblaciones enteras, y las incluidas solo habían sido observadas superficialmente. Eso imposibilitó obtener una imagen realista de la pandemia, y mucho menos identificar o anticipar nuevas variantes genéticas.

Mientras unen un vasto sistema de organizaciones comerciales, académicas, médicas y gubernamentales, los CDC deberán asegurarse de que los involucrados puedan compartir muestras y comunicar sus hallazgos rápidamente y en un lenguaje común.

Los obstáculos abundan. Los laboratorios siguen diferentes prácticas para compartir, analizar y retener muestras. Las cuestiones de privacidad varían. Algunos departamentos estatales de salud pública todavía están averiguando cómo vincular los datos epidemiológicos (la hora y el lugar en que se tomó una muestra, los antecedentes demográficos y médicos de la persona y qué tan severo fue su cuadro) con una secuencia genética.

Además, los departamentos de salud pública de la nación cuentan en gran parte con microbiólogos y epidemiólogos capacitados en un momento en que la ciencia genética era una pequeña parte del plan de estudios, añadió el Dr. Gregory L. Armstrong, quien dirige el Programa de Detección Molecular Avanzada de los CDC y supervisará la iniciativa de vigilancia de pandemias de la agencia. “Hay mucho entusiasmo sobre cómo la secuenciación genética podría mejorar el panorama en la salud pública”, reconoció Armstrong. “Pero necesitamos que una mayor parte de esa fuerza laboral pueda manejar ágilmente los datos genómicos”.

Para el Dr. Marc Suchard, profesor de biomatemática y genética humana en UCLA, cuando esa información sea combinada con datos epidemiológicos, los investigadores y funcionarios de salud pública podrán “reconstruir una historia mucho más rica de cómo, dónde y cuándo se mueve el virus a través de nuestras comunidades, y actuar eficazmente para contrarrestarlo”.

Chiu comparó el compromiso con la Operación Warp Speed, el programa federal para acelerar el desarrollo y la distribución de vacunas contra el COVID-19, que tuvo algunos contratiempos en su desarrollo. “Todo el mundo recibió bien esto”, subrayó. “Pero el diablo está en los detalles”.

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