La secuenciación genómica es fundamental para nuestra comprensión de COVID

A medida que continuamos enfrentando picos episódicos de COVID en todo el mundo, el gobierno de EE. UU. y sus Centros para el Control de Enfermedades deben concentrarse en mejorar nuestros sistemas para detectar la próxima variante altamente infecciosa antes de que nos tomen desprevenidos una vez más. Para hacer esto, nuestro gobierno necesita invertir en tecnología y corregir las ineficiencias sistémicas actuales para secuenciar rápidamente la información genética de las variantes de COVID para que los médicos y los funcionarios de salud pública puedan informar mejor al público y elaborar estrategias en consecuencia para implementar medidas de control.

La importancia de la secuenciación genómica, un método para analizar la «huella digital genética» de la cepa circulante, ha quedado clara durante la pandemia, y EE. UU. debería aprender de los esfuerzos que ha ayudado a financiar, incluido el Plan de Emergencia del Presidente para el Alivio del SIDA (PEPFAR ) y otras alianzas multinacionales a través de las Naciones Unidas, en otras partes del mundo. En Botswana y Sudáfrica, una larga historia de secuenciación genética del VIH y el despliegue de trabajadores de la salud pública para recolectar muestras y rastrear contactos, prepararon a ambos países para comprender rápidamente las variantes emergentes del SARS-CoV-2 como Omicron.

En Sudáfrica, los funcionarios de salud pública notaron un aumento en el número de casos en dos ciudades y, mediante la secuenciación de muestras, los técnicos encontraron una característica inusual en el genoma viral: uno de los genes objetivo, el gen S, no apareció en las pruebas a pesar de ser presentes en la muestra de virus. Esta característica anteriormente solo se había visto en variantes en otras regiones del mundo, alertando a los expertos de que algo era diferente. De manera similar, en Botswana, las pruebas de vigilancia semanales detectaron una secuencia inusual en un conjunto de muestras que luego se rastrearon rápidamente hasta los viajeros en una misión diplomática.

Ambos países ya habían establecido y formalizado redes de vigilancia genómica, que incluían muestreos aleatorios semanales de todas las regiones del país. Esto implicó trabajar con todos los laboratorios de pruebas moleculares y equipos de salud de primera línea para tomar muestras regularmente de personas sospechosas o que dieron positivo en la prueba de COVID, e investigar brotes y tomar muestras de puntos de entrada. Al trabajar en estrecha colaboración, los científicos de Botswana y la Red de Vigilancia Genómica de Sudáfrica pudieron secuenciar rápidamente el ARN de Omicron y difundir información en todo el mundo sobre las cualidades únicas de esta variante.

Por el contrario, Estados Unidos tiene luchado significativamente con la secuenciación genómica, como consecuencia de la fragmentación masiva, en la que los laboratorios estatales, privados y académicos trabajan en paralelo o de forma aislada, y de la falta de inversión a largo plazo en nuestro propio sistema de salud pública.

Esto ha llevado a una detección relativamente lenta de nuevos brotes y nuevas cepas. Más recientemente, el uso generalizado de pruebas rápidas de antígenos en el hogar ha dado como resultado muchas muestras positivas. nunca llegar a un laboratorio para una mayor secuenciación.

El CDC intentó abordar las deficiencias desde el principio al establecer la secuenciación del SARS-CoV-2 para la respuesta, epidemiología y vigilancia de emergencias de salud pública (ESFERAS) consorcio en mayo 2020 para coordinar la secuenciación del SARS-CoV-2 y creó una red de colaboración entre laboratorios estatales, instituciones académicas, organizaciones sin fines de lucro, empresas del sector privado y colaboradores internacionales. En 2020 y 2021, ESFERAS fundado una serie de instituciones para trabajar en la mejora de la vigilancia en varios estados. A pesar de esto, aún queda mucho trabajo por hacer.

La secuenciación genómica, un método de laboratorio utilizado para determinar el modelo genético de un organismo o célula, tiene varias aplicaciones críticas que se han utilizado durante la pandemia. Principalmente, permite a los científicos rastrear cómo cambian los virus con el tiempo al identificar las mutaciones que el virus hace en su información genética a medida que se mueve de un huésped a otro (o, en algunos casos, mientras continúa replicándose dentro de un solo huésped durante un largo período de tiempo). tiempo). La mayoría de estas mutaciones no son consecuentes; no facilitan que el virus sobreviva, infecte o se replique. Pero algunas de estas mutaciones marcan la diferencia; afectan la forma en que el virus ingresa a las células, cómo escapa de la respuesta inmunitaria del cuerpo, cómo se vuelve resistente a ciertos medicamentos y cómo se replica.

Estos son los que, como los que se encuentran en las cepas Delta y Omicron, se convierten en variantes preocupantes.

Recopilar esta información es de vital importancia para comprender cuándo puede ser el momento de hacer sonar la alarma de salud pública. A través de la secuenciación, los científicos del sur de África descubrieron que Omicron tiene más de 30 mutaciones en la proteína espiga, la parte de la partícula del virus que le permite unirse y entrar en las células. Algunas de esas mutaciones son parte de por qué Omicron es altamente transmisible, moviéndose fácilmente de una persona a otra. Ahora pensamos que la capacidad de Omicron para evadir la respuesta inmune es clave para su mayor transmisión.

Otra información que nos brinda la secuenciación genómica incluye si las variantes más nuevas pueden evadir la detección de las pruebas de diagnóstico molecular, o si tienen una vulnerabilidad reducida a las terapias, como los antivirales o los anticuerpos monoclonales (lo que ha sido el caso con Omicron).

Otro objetivo importante de la secuenciación es comprender y explicar mejor cómo se propaga el virus de persona a persona, lo que se denomina «cadenas de transmisión». Recientemente, los científicos utilizaron datos de secuencias de múltiples muestras de personas infectadas. mostrar que un viajero en un hotel de cuarentena en Hong Kong probablemente infectó a la persona en la habitación al otro lado del pasillo a través de la transmisión aérea de la variante Omicron.

La secuenciación genómica ya ha ayudado a partes de los EE. UU. a rastrear este virus. El verano pasado, el Departamento de Salud Pública de Massachusetts trabajó con el Instituto Harvard Broad para analizar el famoso Brote de Provincetown que mostró que las personas vacunadas todavía estaban en riesgo de infección y transmisión. Esto finalmente condujo a un esfuerzo renovado para restablecer el uso de máscaras en todo el estado.

La secuenciación genómica también permite a los científicos determinar dónde y cómo surgieron nuevos linajes del virus. En el caso de Omicron, esto divergencia en el árbol evolutivo probablemente ocurrió a mediados de 2020. A través de la secuenciación, los científicos determinaron que la variante Omicron estaba altamente mutada y se veía significativamente diferente de Alpha, Delta y otras variantes conocidas de SARS-CoV-2. Los datos genéticos también sugieren que Omicron continuó mutando desde su punto de divergencia, ya sea en un huésped humano o animal, sin causar un aumento epidémico hasta que se desarrolló uno a principios de este año. Una teoría es que la variante surgió de una persona inmunodeprimida cuyo sistema inmunitario no pudo eliminar el virus, lo que le permitió mutar durante largos períodos de tiempo. Estos datos podrían ayudar a mejorar la prevención de pandemias al orientar y secuenciar mejor las muestras de pacientes inmunocomprometidos en el futuro, por ejemplo.

Pero, en general, la respuesta epidémica de EE. UU. se ha visto afectada por una mala coordinación de la secuenciación genómica. Al comienzo de la epidemia, había sin mandatos federales, aumentos en la financiación o incluso una respuesta nacional coordinada se centró en secuenciar los genomas de los virus que estábamos aislando de personas enfermas. En febrero de 2021, un año después de la pandemia, los CDC de EE. UU. inyectó $ 200 millones en secuenciar los esfuerzos, con la promesa de más apoyo a través del Plan de Rescate Estadounidense del presidente Biden.

A principios de diciembre de 2021, el país estaba secuenciando el 14 por ciento de todas las pruebas de diagnóstico de PCR. Este fue un aumento significativo desde enero de 2021, cuando fue menos del 1 por ciento, pero aún hubo demoras de varias semanas entre la recolección de muestras y los resultados, así como grandes diferencias en la escala de secuenciación entre estados. Esto significaba que había grandes zonas del país donde no era posible detectar rápidamente una nueva variante.

Una forma importante de mejorar la eficiencia de la vigilancia sería utilizar ensayos de detección que no dependan de la secuenciación del genoma completo, como la técnica de falla del objetivo del gen S (SGTF) utilizada para identificar Omicron, para enfocar rápidamente nuestras tecnologías de secuenciación en muestras que tienen más probabilidades de para representar nuevas cepas.

La detección de la variante Omicron destaca la importancia de contar con un sólido sistema de vigilancia genómica que pueda funcionar en los silos de la academia, la medicina clínica y la salud pública, lo que será importante no solo para la próxima variante del SARS-CoV-2, sino también para el próximo virus pandémico. Instamos a los CDC y al gobierno federal a que no pasen por alto la importancia de una vigilancia rápida mientras el Congreso lucha por la financiación. Como hemos aprendido de esta pandemia, con un millón de estadounidenses muertos, es difícil luchar contra un enemigo que no comprendemos del todo.

Este es un artículo de opinión y análisis, y las opiniones expresadas por el autor o autores no son necesariamente las de Científico americano.