La urgencia de mejorar la vigilancia y respuesta ante pandemias.
Por: Gabriela Paredes y Michelle Bruno
Introducción
Las pandemias representan una de las mayores amenazas a la salud pública global. Desde el brote de la gripe española en 1918 hasta el reciente COVID-19, estos eventos han demostrado que las enfermedades infecciosas pueden propagarse a nivel mundial en cuestión de semanas, afectando a millones de personas (Hernández, 2016). En este contexto, la vigilancia epidemiológica se ha convertido en una herramienta esencial para detectar, monitorear y controlar la propagación de patógenos peligrosos antes de que causen estragos a gran escala.
Uno de los principales problemas en la gestión de pandemias ha sido la incapacidad para detectar los brotes de manera temprana. Es recuente que, cuando los sistemas de salud identifican un brote, la enfermedad ya se ha propagado significativamente, lo que dificulta su contención. Es por ello que es importante contar con herramientas de vigilancia más avanzadas que puedan identificar patógenos emergentes de manera proactiva, antes de que causen pandemias. En este sentido, tecnologías como la secuenciación de alto rendimiento (HTS, por sus siglas en inglés) ofrecen una oportunidad prometedora para mejorar la detección temprana (Nogueira et al., 2021).
Además de la detección temprana, la respuesta ante brotes también debe ser rápida y eficaz. Los métodos tradicionales de diagnóstico, como la PCR y los cultivos microbiológicos, son limitados en su capacidad para manejar grandes volúmenes de muestras durante una crisis de salud pública (Flores-Olivos et al., 2021). En una pandemia, donde el tiempo es esencial, los sistemas de salud necesitan métodos eficientes que les permitan diagnosticar a los pacientes más rápido, y también identificar el patógeno con mayor precisión y rastrear su evolución. Este enfoque ha sido respaldado por expertos en salud global, como se evidencia en las negociaciones del Tratado Global de Pandemias, donde se ha enfatizado repetidamente la necesidad de fortalecer la preparación y la capacidad de respuesta ante futuras pandemias. Michel Kazatchkine, miembro del Panel Independiente para la Preparación y Respuesta ante Pandemias, ha señalado que no se puede esperar a que se concluya el acuerdo para acelerar la preparación en los niveles regional y nacional, destacando la urgencia de adoptar medidas más efectivas en la identificación y el manejo de brotes (Lay, 2024).
En este contexto, la necesidad de mejorar tanto la vigilancia como la respuesta ante pandemias es más evidente que nunca. La pandemia de COVID-19 mostro estas necesidades de manera dolorosa, con más de 676 millones de casos confirmados y casi 6.9 millones de muertes reportadas a nivel mundial hasta marzo de 2023 (Johns Hopkins University, 2023). A pesar de los esfuerzos globales, la respuesta inicial fue lenta, en gran parte debido a la falta de preparación y la insuficiencia de los sistemas de vigilancia. A pesar de los esfuerzos globales, la respuesta inicial a la pandemia fue lenta, en gran parte debido a la falta de preparación y la insuficiencia de los sistemas de vigilancia.
La OMS tardó más de un mes en declarar al brote de COVID-19 una Emergencia de Salud Pública de Importancia Internacional (ESPII), el 30 de enero de 2020, desde que se reportaron los primeros casos en diciembre de 2019. Este retraso en la respuesta permitió que el virus se propagara de manera significativa antes de que se implementaran medidas de contención más rigurosas (Barco & Ortega, 2020).
Con una tecnología más avanzada y una mejor coordinación internacional, es posible que se puedan evitar futuras catástrofes pandémicas o al menos minimizar su impacto. Por ello, mejorar la vigilancia y la capacidad de respuesta no es solo una opción, sino una urgencia
Por lo tanto, en esta nota se tiene el objetivo de discutir cómo las tecnologías de nueva generación, especialmente la secuenciación de alto rendimiento (HTS) y otras herramientas emergentes, pueden revolucionar la vigilancia epidemiológica y la respuesta ante pandemias. Estas tecnologías no solo permiten una detección y diagnóstico más rápidos y precisos, sino que también facilitan el análisis genómico en tiempo real, el monitoreo de la evolución de los patógenos y la identificación de variantes emergentes. Con el avance continuo de estas innovaciones, es posible transformar la manera en que se manejan las crisis de salud pública, mitigando su impacto y preparándonos mejor para futuras amenazas.
Factores que Incrementan la Frecuencia de Pandemias en el Siglo XXI
El último siglo es un claro ejemplo del aumento en la frecuencia de pandemias. La gripe española de 1918 fue una de las primeras pandemias documentadas a nivel global, que dejó un saldo de más de 50 millones de muertos. Desde entonces, varias pandemias han surgido, incluidas el VIH/SIDA, el SARS, el H1N1 y el COVID-19, cada una mostrando características únicas pero con un patrón claro de diseminación rápida a escala global (Hernández, 2016). Esta mayor frecuencia y velocidad de propagación se debe a una combinación de factores, entre ellos el aumento en los viajes internacionales y la globalización, que facilitan que los brotes se extiendan rápidamente más allá de sus zonas de origen.
Por ejemplo, el brote de SARS en 2003 se originó en la provincia de Guangdong, China, y en seis meses ya se había propagado a 26 países en cuatro continentes. Sin embargo, la pandemia de COVID-19, detectada por primera vez en diciembre de 2019 en Wuhan, China, se extendió a más de 100 países y todos los continentes habitados en tan solo tres meses, afectando considerablemente a Europa, América y Asia en cuestión de Semanas (Bernstein et al., 2022).
Otro factor que ha contribuido a la mayor frecuencia de pandemias es el aumento en la densidad poblacional y la urbanización. La rápida urbanización, especialmente en regiones como Centroamérica, ha creado condiciones propicias para la propagación de enfermedades infecciosas. En Guatemala, por ejemplo, la población urbana crece a un ritmo del 3.4% anual, y las ciudades secundarias han experimentado un crecimiento significativo, lo que ha generado una expansión desordenada y nuevas áreas de contacto entre humanos y fauna silvestre (ORCG, 2023). Estas dinámicas incrementan el riesgo de aparición de 'hotspots' epidemiológicos, áreas donde la cercanía con hábitats naturales y la deficiente infraestructura sanitaria facilitan la transmisión de enfermedades infecciosas emergentes. Las áreas densamente pobladas no solo permiten una rápida propagación de brotes, sino que también complican los esfuerzos de contención debido a la falta de espacio y recursos médicos adecuados.
Además de estos factores, el cambio climático está jugando un papel cada vez más relevante en la aparición de pandemias. El aumento de las temperaturas globales y los cambios en los patrones climáticos están alterando los hábitats de muchas especies, incluidas aquellas que son portadoras de enfermedades. Los mosquitos que transmiten el dengue y el zika, por ejemplo, están expandiendo su rango geográfico hacia áreas donde anteriormente no podían sobrevivir debido a las temperaturas más frías (Ioos et al., 2014). Esto está aumentando el riesgo de brotes en nuevas regiones que no cuentan con los mecanismos adecuados para combatir estas enfermedades. Además, el cambio climático facilita la adaptación y propagación de patógenos transmitidos por el agua, como el cólera, al alterar los patrones de lluvia e incrementar las inundaciones que contaminan fuentes de agua potable.
En el siglo XXI, el mundo ha visto un aumento significativo en la aparición de patógenos de origen zoonótico, es decir, enfermedades que se transmiten de animales a humanos. Ejemplos recientes como el VIH, el ébola y el COVID-19 han causado pandemias devastadoras, dejando a su paso pérdidas incalculables en vidas humanas y afectando gravemente la estabilidad económica mundial. El impacto de estas enfermedades ha colapsado sistemas de salud, desestabilizado mercados y empobrecido a millones de personas en todo el mundo. Este aumento en las enfermedades zoonóticas está directamente relacionado con cambios drásticos en los ecosistemas, provocados por la deforestación, el comercio de vida silvestre y la invasión de hábitats naturales. Si no se toman medidas inmediatas para mitigar estos riesgos, enfrentaremos más crisis sanitarias globales con consecuencias aún más graves. El próximo paso debe centrarse en la implementación de políticas de salud pública robustas, la protección de los ecosistemas y la promoción de una colaboración internacional más sólida para evitar nuevas pandemias.
Además del aumento en la frecuencia de pandemias naturales, el mundo también enfrenta la amenaza de pandemias causadas por patógenos creados a partir de tecnologías emergentes en el campo de la biotecnología, como la biología sintética y la síntesis de ácidos nucleicos. Estas tecnologías permiten la manipulación genética o la creación de organismos patógenos, lo cual podría generar agentes infecciosos con mayor capacidad de transmisión, resistencia a tratamientos o virulencia. Una pandemia causada por un patógeno de este tipo podría llevar a consecuencias mucho más graves que las pandemias originadas por patógenos naturales, debido a su potencial de diseminación más eficiente y la posibilidad de evitar la detección inicial. Por esta razón, la necesidad de desarrollar mecanismos avanzados de detección e identificación temprana de patógenos es más urgente que nunca, para anticipar y mitigar los efectos devastadores de una crisis de esta magnitud.
Importancia de una Respuesta Inmediata para la Prevención de Pandemias
La capacidad de responder rápidamente y de manera eficaz es esencial para mitigar el impacto de una pandemia. Un diagnóstico temprano y preciso puede ser la diferencia entre un brote controlado y una crisis sanitaria global. Sin embargo, una respuesta oportuna no se limita únicamente al diagnóstico; también incluye la implementación de medidas de contención, el desarrollo ágil de tratamientos y vacunas, y la coordinación eficiente entre los sistemas de salud pública a nivel global (Bernstein et al., 2022).
Las tecnologías HTS (High-Throughput Sequencing) ofrecen una solución moderna a este problema. Al permitir la identificación rápida de patógenos, HTS puede acelerar el proceso de diagnóstico, dado que estas tecnologías no solo pueden detectar un patógeno conocido, sino también identificar nuevas mutaciones o patógenos emergentes. Esto es particularmente relevante cuando se busca rastrear la evolución de un virus en tiempo real, como ocurrió con las variantes del SARS-CoV-2. Además, estas tecnologías permiten a los sistemas de salud pública actuar de manera proactiva en lugar de reactiva, ajustando las intervenciones rápidamente ante la aparición de variantes más transmisibles o resistentes a los tratamientos (Royal Society, 2023).
Una de las mayores lecciones aprendidas durante la pandemia de COVID-19 fue que los retrasos en la respuesta inicial pueden generar consecuencias devastadoras. En numerosos países, la falta de capacidad para realizar pruebas diagnósticas masivas en las primeras etapas permitió que el virus se propagara sin control, lo que llevó al colapso de los sistemas de salud y a un aumento dramático en las tasas de mortalidad.
Un ejemplo destacado es el de Vietnam, donde la combinación de un sistema de salud pública bien desarrollado y una estrategia proactiva basada en pruebas masivas, rastreo de contactos y cuarentenas permitió controlar el brote de COVID-19 de manera rápida y efectiva. Vietnam implementó confinamientos selectivos y rastreo de tres niveles de contactos, lo que resultó en tasas de mortalidad mucho más bajas que en muchos otros países. Esta estrategia fue posible gracias a su experiencia previa con epidemias como el SARS, lo que subraya la importancia de la preparación y la respuesta temprana (Pollack, 2021).
En contraste, Italia fue uno de los países más afectados durante la primera ola de COVID-19, y su falta de preparación para enfrentar un brote de esta magnitud tuvo consecuencias devastadoras. A pesar de que los primeros casos de COVID-19 se detectaron en enero de 2020, la respuesta inicial fue lenta y descoordinada. En las primeras semanas, no se implementaron medidas de contención fuertes, lo que permitió que el virus se propagara rápidamente por todo el país. Esto llevó a una saturación extrema de los hospitales, especialmente en las regiones del norte, como Lombardía, donde los sistemas de salud colapsaron bajo la presión de miles de pacientes que necesitaban cuidados intensivos. Para marzo de 2020, Italia registraba más de 4,000 muertes, lo que convirtió al país en el epicentro de la pandemia en Europa (BBC, 2020).
El caso de países como Nueva Zelanda también ilustra la importancia de las intervenciones no farmacéuticas (NPIs). Nueva Zelanda controló el brote inicial de COVID-19 mediante la implementación temprana de estrictas medidas de cuarentena, pruebas masivas y rastreo de contactos. Este enfoque permitió mantener bajas las tasas de transmisión hasta la llegada de variantes más transmisibles como Delta y Ómicron, lo que demuestra la importancia de actuar rápidamente en las primeras etapas de una pandemia y cómo las NPIs pueden "ganar tiempo" hasta que las soluciones biológicas, como las vacunas, estén disponibles (Royal Society, 2023).
Revolución Genómica: Plataformas HTS y su Impacto en la Secuenciación de ADN
La tecnología de secuenciación de alto rendimiento (HTS por sus siglas en inglés), también conocida como High-Throughput Sequencing, ha revolucionado el campo de la genómica y la biomedicina al permitir la secuenciación simultánea de millones de fragmentos de ADN o ARN en un tiempo reducido. A diferencia de las técnicas tradicionales de secuenciación que requerían semanas o meses, HTS proporciona una visión rápida, exhaustiva y detallada del genoma completo o de regiones específicas del mismo. Este avance ha sido crucial en áreas como el diagnóstico clínico, la vigilancia epidemiológica y la investigación genómica.
La principal ventaja de HTS radica en su capacidad para procesar grandes volúmenes de datos de manera paralela. El ADN o ARN de una muestra se fragmenta en pequeñas secciones que luego se secuencian simultáneamente. Posteriormente, mediante el uso de software especializado, los fragmentos se ensamblan para obtener una representación integral del genoma o de los genes de interés. Esta capacidad para analizar múltiples muestras de forma simultánea, combinada con su velocidad y precisión, es lo que distingue a HTS de las tecnologías de secuenciación convencionales.
En el ámbito clínico, HTS ha demostrado ser una herramienta indispensable para la identificación de variantes genéticas, la detección de mutaciones y el monitoreo en tiempo real de patógenos, como se evidenció durante la pandemia de SARS-CoV-2. A diferencia de las técnicas de secuenciación tradicionales, que podían tomar semanas o incluso meses, HTS permite secuenciar el genoma completo de un patógeno en menos de una semana, lo que representa un avance enorme comparado con los años que tomó secuenciar el primer genoma humano hace dos décadas. Esta velocidad ha sido crucial para responder rápidamente a la evolución del virus, facilitando la toma de decisiones en salud pública para contener brotes y prevenir pandemias. Además, HTS ha sido fundamental en proyectos de secuenciación de microbiomas, mejorando nuestra comprensión de la interacción entre microorganismos y el cuerpo humano, y abriendo nuevas vías para el tratamiento de enfermedades.
Otra ventaja clave de HTS es su flexibilidad de aplicación. Esta tecnología no solo permite la secuenciación del genoma completo, sino también la del transcriptoma (secuenciación de ARN) y la identificación de variantes genéticas en enfermedades específicas. Esta flexibilidad es útil para diversas aplicaciones clínicas y de investigación. Por ejemplo, en oncología, HTS ayuda a identificar mutaciones en tumores, lo que permite tratamientos personalizados basados en las características genéticas del paciente. En el ámbito del diagnóstico clínico, es fundamental para detectar de manera temprana enfermedades genéticas y mutaciones que pueden predisponer a trastornos graves. Además, en epidemiología, la capacidad de secuenciar y monitorear patógenos en tiempo real permite a los sistemas de salud pública rastrear la evolución de enfermedades infecciosas y responder rápidamente ante brotes. Su capacidad para detectar variaciones genéticas a gran escala es vital para estudios de diversidad genética y para la evolución de enfermedades infecciosas, ofreciendo soluciones precisas en tiempo real.
Comparativa Clave: HTS y la Evolución de las Técnicas de Secuenciación Tradicionales
Una de las diferencias más significativas entre HTS y la secuenciación Sanger es la escala y velocidad de obtención de datos genéticos. Mientras que la secuenciación Sanger, que fue el estándar durante décadas, permite secuenciar un solo fragmento de ADN a la vez, HTS puede secuenciar millones de fragmentos simultáneamente, acelerando el proceso y reduciendo costos por base secuenciada. Esto convierte a HTS en la opción preferida para estudios a gran escala, como la secuenciación de microbiomas y la vigilancia genómica en brotes epidémicos.
Aunque la secuenciación Sanger ofrece alta precisión, su capacidad está limitada a pequeñas cantidades de datos, siendo útil para validaciones puntuales o estudios de bajo volumen. En contraste, HTS genera grandes volúmenes de datos, proporcionando un análisis profundo de las variantes genéticas y su diversidad.
Además, HTS sigue evolucionando rápidamente, con mejoras constantes en su precisión, velocidad y costo, lo que amplía sus aplicaciones en áreas como la medicina personalizada, la agricultura y la epidemiología. La secuenciación Sanger, en cambio, ha alcanzado su máximo potencial y se utiliza solo en aplicaciones específicas donde la secuenciación masiva no es necesaria.
Figura 1. Reducción del costo por megabase de secuenciación de ADN desde 2001 hasta 2022, en comparación con la Ley de Moore. El gráfico muestra la rápida disminución de los costos, acelerada por los avances en las tecnologías de secuenciación de alto rendimiento (HTS), lo que ha permitido una mayor accesibilidad a la secuenciación genómica. (NHGRI, 2024).
Plataformas HTS en la Vanguardia de la Secuenciación Genómica: Illumina, Oxford Nanopore y PacBio
En la actualidad, existen varias plataformas HTS estas herramientas varían en cuanto a su tecnología, precisión, velocidad y costo. Tres de las plataformas más destacadas en el mercado son Illumina, Oxford Nanopore y PacBio, cada una con características únicas que las hacen adecuadas para diferentes aplicaciones.
Illumina es la plataforma más utilizada y reconocida a nivel global. Su tecnología basada en la secuenciación por síntesis ha permitido a los investigadores secuenciar genomas completos con alta precisión y a bajo costo. Illumina es especialmente conocida por su capacidad para generar grandes volúmenes de datos, lo que la convierte en la herramienta ideal para proyectos de secuenciación masiva como estudios de asociación de genoma completo (GWAS) y análisis de microbiomas.
Por otro lado, Oxford Nanopore se ha posicionado frente a otras debido a su capacidad para secuenciar moléculas de ADN largas en tiempo real (hasta cientos de kilobases o incluso más de un megabase), algo que otras plataformas no ofrecen. Esta tecnología es particularmente útil en situaciones donde se necesita una secuenciación rápida y portátil, como en brotes de enfermedades infecciosas. La portabilidad de los secuenciadores de Nanopore, como el MinION, ha permitido a los científicos llevar la secuenciación al campo, facilitando la vigilancia genómica en regiones remotas o con infraestructura limitada. Esta ventaja ha hecho que Nanopore sea una herramienta fundamental en la respuesta rápida a emergencias de salud pública (Giordano et al., 2017).
Finalmente, PacBio ofrece secuencias de alta calidad y larga longitud, lo que es ideal para el análisis de genomas complejos o regiones repetitivas del ADN que son difíciles de secuenciar con otras plataformas. Aunque su tecnología no es tan rápida como Illumina o Nanopore, PacBio es preferida en estudios donde la precisión es crucial, como la secuenciación de genomas completos o el análisis de variaciones estructurales. Su capacidad para generar secuencias largas y precisas es clave en la investigación del cáncer y en estudios evolutivos.
Illumina
Illumina es una de las plataformas de secuenciación de alto rendimiento más utilizadas en todo el mundo. Fundada en 1998, esta empresa ha desarrollado una tecnología que ha transformado la secuenciación de ADN y ARN, permitiendo a los investigadores analizar millones de secuencias simultáneamente. La tecnología de Illumina se basa en la secuenciación por síntesis, donde cada nucleótido se incorpora de manera controlada y se lee mediante la emisión de fluorescencia, lo que garantiza una alta precisión en la lectura de secuencias genéticas.
Una de las principales ventajas de Illumina es la amplia gama de secuenciadores que ofrece, lo que permite a los laboratorios elegir la plataforma que mejor se adapte a sus necesidades. Por ejemplo, el MiSeq es ideal para proyectos más pequeños, como la secuenciación de amplicones o el análisis de muestras clínicas, mientras que el HiSeq y el NovaSeq son más adecuados para proyectos de secuenciación masiva, como la secuenciación de genomas completos o la secuenciación de exomas (Quail et al., 2012).
Illumina también ha sido fundamental en la investigación y respuesta ante pandemias. Durante la pandemia de COVID-19, la plataforma de Illumina fue utilizada para secuenciar miles de muestras de SARS-CoV-2, lo que permitió a los investigadores rastrear la evolución del virus y detectar variantes emergentes.
Oxford Nanopore
Oxford Nanopore es una de las plataformas de secuenciación más innovadoras disponibles en la actualidad. A diferencia de otras tecnologías de secuenciación, que fragmentan el ADN y lo secuencian en pequeños segmentos, Nanopore utiliza poros proteicos para leer las moléculas de ADN completas a medida que pasan a través de ellos. Esta tecnología permite la secuenciación de moléculas de ADN largas en tiempo real, lo que la convierte en una herramienta única en el campo de la secuenciación genómica (Lu et al., 2016).
Una de las principales características que distingue a Oxford Nanopore es su portabilidad. El MinION, uno de sus secuenciadores más pequeños, es lo suficientemente compacto como para ser transportado fácilmente y utilizado en el campo. Esta capacidad ha sido esencial en situaciones donde se necesita una secuenciación rápida y en tiempo real, como en brotes de enfermedades infecciosas o en la vigilancia de patógenos en regiones remotas. Durante el brote de ébola en África Occidental, por ejemplo, los secuenciadores portátiles de Nanopore permitieron a los científicos secuenciar muestras en tiempo real y rastrear la propagación del virus (Mikheyev & Tin, 2014).
Además de su capacidad para secuenciar moléculas largas, Nanopore ofrece secuenciación en tiempo real. Esto significa que los datos de secuenciación están disponibles a medida que se generan, lo que permite a los científicos tomar decisiones rápidas en el laboratorio o en el campo. Esta capacidad ha sido crucial en la respuesta a emergencias de salud pública, como la pandemia de COVID-19, donde los investigadores utilizaron Nanopore para secuenciar muestras de SARS-CoV-2 en tiempo real y monitorear la evolución del virus.
PacBio
PacBio, o Pacific Biosciences, es otra de las plataformas de secuenciación de alto rendimiento más avanzadas en el mercado actual. Esta plataforma utiliza un método llamado Single Molecule Real-Time (SMRT) sequencing, que permite a los investigadores secuenciar moléculas de ADN en tiempo real y con una gran precisión en la lectura de bases repetitivas y difíciles (Udaondo et al., 2021).
Uno de los principales beneficios de PacBio es su capacidad para generar secuencias largas, lo que es crucial para estudiar genomas complejos o para detectar variaciones estructurales en el ADN. Las secuencias largas permiten a los científicos ensamblar genomas de manera más precisa y comprender mejor las regiones repetitivas o complicadas del ADN que otras plataformas de secuenciación más cortas pueden pasar por alto. Esta capacidad de secuenciación de alta fidelidad es particularmente útil en estudios de evolución genética y biología estructural.
PacBio ha demostrado ser especialmente útil en el análisis de genomas microbianos, cáncer, y en la investigación de enfermedades genéticas complejas. En la secuenciación de patógenos, PacBio puede generar secuencias completas y precisas, lo que es fundamental para rastrear mutaciones y entender cómo los patógenos evolucionan. Este nivel de detalle es particularmente valioso en la investigación de resistencia antimicrobiana, donde pequeñas mutaciones pueden tener grandes consecuencias para la eficacia de los tratamientos (Cook et al., n.d.).
Aplicaciones de HTS en salud pública: Diagnóstico.
La tecnología HTS permite una identificación más rápida y precisa de patógenos en comparación con los métodos tradicionales. Una de las principales aplicaciones de HTS en el diagnóstico es la identificación de patógenos emergentes o difíciles de detectar. Por ejemplo, en pacientes con infecciones febriles no diagnosticadas, donde las pruebas estándar de PCR o cultivo no logran identificar al patógeno, HTS puede secuenciar directamente todo el material genético presente en la muestra. Esto incluye tanto el ADN humano como el ADN/ARN de los patógenos, lo que permite una identificación exhaustiva de cualquier agente infeccioso presente, incluso si no estaba previamente sospechado.
HTS también ha sido crucial en la detección y monitoreo de patógenos que mutan rápidamente, como los virus. Durante la pandemia de COVID-19, HTS fue utilizado para secuenciar el genoma del SARS-CoV-2 en muestras clínicas, lo que permitió a los investigadores rastrear la evolución del virus y detectar variantes más transmisibles o más resistentes a las vacunas. Esto fue fundamental para adaptar las estrategias de respuesta y controlar la propagación de la enfermedad en diferentes regiones.
Otra aplicación importante de HTS en el diagnóstico es la identificación de infecciones polimicrobianas. En muchos casos, los pacientes pueden estar infectados con múltiples patógenos, lo que dificulta el diagnóstico utilizando métodos convencionales. HTS permite secuenciar todo el microbioma presente en una muestra, identificando múltiples patógenos simultáneamente. Esto es particularmente útil en infecciones respiratorias, gastrointestinales y del tracto urinario, donde la coinfección es común. Además, HTS no solo permite identificar patógenos conocidos, sino también detectar organismos desconocidos o nuevas variantes genéticas de patógenos ya existentes. Esta capacidad de identificar patógenos desconocidos es crucial en el contexto de pandemias, especialmente ante la amenaza de patógenos creados mediante biotecnología. Al poder secuenciar genomas completos rápidamente, HTS ofrece una herramienta esencial para la detección temprana y la respuesta a brotes causados por patógenos emergentes o modificados, lo que puede ser determinante para evitar su propagación global.
Aplicaciones en la salud pública: Vigilancia genómica
La vigilancia genómica se ha convertido en un componente esencial de la salud pública, especialmente en la era de las pandemias globales. La capacidad de rastrear la evolución genética de los patógenos en tiempo real permite a los científicos y funcionarios de salud pública identificar mutaciones clave y predecir cómo estas afectarán la transmisibilidad, la gravedad y la resistencia a los tratamientos. HTS ha sido fundamental en esta tarea, proporcionando la tecnología necesaria para secuenciar grandes volúmenes de datos genéticos de patógenos a una velocidad sin precedentes. Además, ha permitido analizar la eficacia de las vacunas existentes frente a nuevas variantes, proporcionando una ventaja significativa al identificar mutaciones que puedan comprometer la protección ofrecida por las vacunas. Esto es crucial para ajustar o desarrollar nuevas vacunas de manera rápida y eficaz, asegurando que las estrategias de vacunación sigan siendo efectivas ante la evolución de los patógenos.
Uno de los mayores logros de la vigilancia genómica mediante HTS ha sido en la pandemia de COVID-19. Desde el inicio de la pandemia, los investigadores han utilizado HTS para secuenciar el genoma completo del SARS-CoV-2 en muestras de pacientes de todo el mundo. Esto permitió la identificación rápida del virus y el seguimiento de su evolución a lo largo del tiempo. Gracias a HTS, se pudieron detectar rápidamente variantes del virus, como las variantes Delta y Ómicron, lo que permitió ajustar las estrategias de vacunación y tratamiento en respuesta a estas nuevas cepas.
HTS también ha sido crucial en la vigilancia de otros virus importantes, como el VIH, el Zika y el ébola. La secuenciación genómica permite rastrear la propagación geográfica de estos virus, identificar cadenas de transmisión y monitorear la aparición de mutaciones que podrían afectar la eficacia de las vacunas o los tratamientos. Esto es particularmente importante en regiones donde los recursos de salud pública son limitados y los brotes pueden propagarse rápidamente sin ser detectados.
Además de los virus, HTS también se utiliza en la vigilancia genómica de bacterias resistentes a los antibióticos. La resistencia antimicrobiana es una de las principales amenazas a la salud pública global, y HTS ha permitido a los investigadores identificar genes de resistencia en bacterias que antes no se habían detectado. Esto permite una intervención más rápida para controlar los brotes de infecciones resistentes a los antibióticos y desarrollar nuevas terapias basadas en el conocimiento de las mutaciones genéticas responsables de la resistencia.
Perspectiva Una Salud y su importancia en la prevención de pandemias mediante HTS
El enfoque Una Salud reconoce la interdependencia entre la salud humana, animal y ambiental, destacando que muchas de las enfermedades que afectan a los humanos tienen su origen en animales o en el entorno. Para prevenir y controlar pandemias, es fundamental monitorear y abordar los problemas de salud en todas estas áreas de manera conjunta. Como se ha mencionado anteriormente, la tecnología de secuenciación de alto rendimiento (HTS) desempeña un papel clave, principalmente frente a esta perspectiva ya que permite la secuenciación rápida y precisa de material genético en humanos, animales y el medio ambiente, facilitando la detección temprana de patógenos y su contención.
Las enfermedades zoonóticas, aquellas que se transmiten de animales a humanos, han sido responsables de varias pandemias recientes, como el SARS, el ébola y el COVID-19. Con el enfoque Una Salud, los investigadores pueden utilizar HTS para monitorear la diversidad genética de los patógenos en reservorios animales, como murciélagos, aves y ganado, identificando variaciones que puedan representar riesgos para la salud pública. Asimismo, en el ámbito ambiental, HTS permite el análisis de muestras de agua, suelo y otros componentes del entorno para identificar patógenos en sus fases iniciales. Este tipo de vigilancia proactiva permite detectar patógenos en el medio ambiente antes de que provoquen infecciones a gran escala, ayudando así a prevenir brotes antes de que se conviertan en amenazas pandémicas.
La capacidad de HTS para realizar análisis simultáneos en múltiples especies y en diversas muestras ambientales ofrece una gran ventaja al enfoque Una Salud. A diferencia de las pruebas convencionales, que se enfocan en la detección de patógenos específicos, HTS permite una detección más amplia y eficaz de cualquier agente infeccioso presente, incluso de aquellos previamente desconocidos. Esto facilita la identificación temprana de enfermedades emergentes y permite que los sistemas de salud pública tomen medidas preventivas con mayor rapidez, reduciendo así el riesgo de que una enfermedad zoonótica se expanda y desencadene una pandemia.
Limitaciones de los Métodos de Diagnóstico Tradicionales en el Contexto de Pandemias
Durante las pandemias, los métodos tradicionales de diagnóstico han demostrado ser insuficientes para responder rápidamente a las emergencias de salud pública. Herramientas como la PCR y los cultivos microbiológicos, aunque efectivas en ciertos contextos, presentan limitaciones significativas en su capacidad para gestionar grandes volúmenes de muestras y ofrecer resultados en tiempos adecuados para contener una propagación rápida. Las pandemias requieren una capacidad de diagnóstico ágil y de gran escala, algo que los métodos tradicionales no siempre pueden proporcionar.
En muchos casos, los métodos tradicionales dependen de la identificación previa del patógeno sospechoso, lo que limita su capacidad para detectar infecciones nuevas o desconocidas. En situaciones donde los síntomas no son específicos o cuando hay múltiples patógenos involucrados, las pruebas tradicionales, como los cultivos microbiológicos, requieren tiempo y pueden retrasar el diagnóstico. En una pandemia, donde cada hora cuenta, estos retrasos pueden resultar en la propagación sin control del patógeno, empeorando la crisis.
La capacidad de respuesta limitada de los métodos tradicionales también se ha evidenciado en su falta de escalabilidad. Durante un brote, el volumen de muestras que deben ser analizadas puede abrumar rápidamente a los laboratorios, lo que lleva a retrasos en la entrega de resultados y diagnósticos menos precisos. Esto fue evidente durante la pandemia de COVID-19, cuando muchos laboratorios enfrentaron dificultades para procesar pruebas PCR a gran escala de manera oportuna, resultando en diagnósticos tardíos y el aislamiento de personas infectadas mucho después de que el virus ya se había propagado.
Además de los retrasos, los métodos tradicionales también carecen de la capacidad para detectar múltiples patógenos en una sola muestra. Esto es problemático en situaciones donde los pacientes pueden estar coinfectados con varios virus o bacterias, lo que complica aún más el diagnóstico y tratamiento. En cambio, los métodos de secuenciación como HTS ofrecen la capacidad de analizar toda la información genética presente en una muestra, lo que permite la identificación simultánea de múltiples patógenos sin la necesidad de realizar pruebas específicas para cada uno.
Limitaciones de la PCR y los cultivos microbiológicos como método de diagnóstico.
Uno de los principales métodos de diagnóstico en la biología molecular es la PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa), que ha sido el estándar de oro para la detección de patógenos específicos en muestras biológicas. Sin embargo, aunque la PCR es extremadamente precisa cuando se sabe qué patógeno se está buscando, tiene limitaciones significativas durante pandemias donde los patógenos pueden ser desconocidos o estar mutando rápidamente. La PCR solo puede detectar patógenos para los que se han diseñado primers específicos, lo que significa que no es útil en situaciones de brotes con patógenos emergentes o variantes nuevas.
Además, la PCR requiere infraestructura de laboratorio especializada y personal capacitado, lo que limita su accesibilidad en ciertas regiones del mundo, especialmente en áreas rurales o países en desarrollo. Durante una pandemia, donde la capacidad de prueba debe ampliarse rápidamente, esta dependencia de infraestructura avanzada puede ralentizar la respuesta, permitiendo que el patógeno se propague sin control mientras los laboratorios intentan adaptarse a la demanda.
Otro problema asociado con la PCR es su tiempo de respuesta. Aunque es más rápida que los cultivos microbiológicos, la PCR aún requiere un procesamiento de varias horas para obtener resultados, lo que en el contexto de una pandemia puede no ser lo suficientemente rápido. Además, debido a la necesidad de ciclos térmicos y de extracción de ARN o ADN, la PCR está sujeta a problemas técnicos que pueden causar fallas en las pruebas, lo que resulta en falsos negativos o retrasos en la entrega de resultados.
Por otro lado, los cultivos microbiológicos, otro método tradicional, son útiles para identificar infecciones bacterianas, pero son lentos y requieren condiciones específicas para el crecimiento de los organismos. En pandemias, donde los patógenos virales son los principales responsables de la transmisión, los cultivos no son eficaces y no se pueden aplicar ampliamente. Incluso cuando los cultivos son útiles, como en infecciones bacterianas, los resultados pueden tardar días o semanas, lo que los hace inadecuados para una respuesta rápida.
HTS Frente a Técnicas Tradicionales: Eficiencia en Velocidad, Precisión y Detección Múltiple.
En comparación con la PCR y los cultivos microbiológicos, la secuenciación de alto rendimiento (HTS) ofrece ventajas en términos de velocidad, precisión y capacidad de detección. Una de las diferencias es la capacidad de HTS para secuenciar todo el material genético presente en una muestra, lo que permite la identificación simultánea de múltiples patógenos. Mientras que la PCR está limitada a la detección de patógenos específicos, HTS no requiere un conocimiento previo del agente infeccioso, lo que la hace especialmente útil en situaciones donde el patógeno es desconocido o cuando se busca identificar coinfecciones.
La velocidad es otro factor clave donde HTS supera a los métodos tradicionales. Aunque el tiempo de procesamiento de HTS varía según la plataforma utilizada, en muchos casos puede proporcionar resultados en menos de 24 horas, lo que permite una respuesta rápida en situaciones de emergencia. En comparación, la PCR, aunque relativamente rápida, se ve limitada por la necesidad de múltiples etapas de preparación y análisis, mientras que los cultivos microbiológicos pueden tardar varios días en proporcionar resultados.
En términos de precisión, HTS también ofrece ventajas importantes. Al secuenciar todo el material genético en una muestra, HTS proporciona una visión más completa y precisa del perfil genético del patógeno. Esto es útil en el caso de virus que mutan rápidamente, como el SARS-CoV-2, donde la identificación de variantes puede influir en la eficacia de las vacunas y tratamientos. Mientras que la PCR puede no detectar mutaciones específicas, HTS permite un análisis detallado de las secuencias genómicas, lo que es fundamental para la vigilancia de variantes virales y la adaptación de las estrategias de respuesta.
Fallas Críticas de Diagnósticos Tradicionales en Pandemias
La pandemia de COVID-19 expuso muchas de las deficiencias de los métodos tradicionales de diagnóstico, particularmente en los primeros días del brote. La dependencia inicial de la PCR para el diagnóstico de SARS-CoV-2 fue efectiva, pero rápidamente se vio abrumada por el volumen de casos y la demanda de pruebas. Los laboratorios de todo el mundo lucharon por procesar millones de pruebas PCR, lo que resultó en retrasos considerables en la obtención de resultados y, en algunos casos, en la incapacidad de identificar la infección de manera oportuna. Esto permitió que el virus se propagara sin ser detectado, lo que exacerbó la crisis de salud pública.
Otro ejemplo es el brote de ébola en África Occidental en 2014-2016. Los métodos tradicionales de diagnóstico, como los cultivos y la PCR, no fueron lo suficientemente rápidos para contener el brote en sus primeras etapas. La falta de acceso a laboratorios equipados en muchas áreas afectadas retrasó el diagnóstico y permitió que el virus se propagara antes de que se implementaran medidas de contención. En regiones rurales, donde la infraestructura de laboratorio es limitada, la incapacidad para procesar pruebas rápidamente resultó en la transmisión continua del virus, lo que agravó la emergencia de salud pública.
El brote de gripe H1N1 en 2009 también puso de manifiesto las limitaciones de los métodos tradicionales. A medida que el virus se propagaba rápidamente por todo el mundo, los sistemas de diagnóstico basados en PCR lucharon para mantenerse al día con la demanda de pruebas. En muchos países, los laboratorios no pudieron procesar las muestras con la rapidez suficiente, lo que llevó a diagnósticos tardíos y a la propagación incontrolada del virus. Este retraso en la identificación de casos contribuyó al aumento del número de infecciones y, en última instancia, a una mayor tasa de mortalidad.
En pandemias anteriores, como el brote de VIH/SIDA en la década de 1980, la falta de métodos de diagnóstico rápidos y precisos retrasó la identificación del virus como la causa subyacente del síndrome. Los métodos tradicionales, como los cultivos y las pruebas serológicas, no fueron lo suficientemente eficaces para detectar rápidamente el VIH en sus primeras etapas, lo que permitió que la epidemia se extendiera sin control durante años antes de que se implementaran pruebas más precisas y accesibles.
Casos de éxito de al utilizar HTS en pandemias recientes
Uno de los ejemplos más destacados del éxito de HTS en la gestión de pandemias recientes es el caso del SARS-CoV-2, el virus responsable de la pandemia de COVID-19. Poco después de la aparición de los primeros casos de neumonía inexplicada en Wuhan, China, en diciembre de 2019, los científicos utilizaron HTS para secuenciar el genoma completo del virus. En cuestión de días, se identificó al SARS-CoV-2 como el agente causal, lo que permitió el desarrollo rápido de pruebas de diagnóstico, vacunas y tratamientos. Esta rápida secuenciación fue fundamental para la respuesta global al virus.
Además de su uso en el diagnóstico, HTS ha sido clave para rastrear la evolución del virus durante la pandemia. A medida que el SARS-CoV-2 se propagaba por todo el mundo, los investigadores utilizaron HTS para identificar variantes emergentes, como las variantes Alpha, Delta y Ómicron, que mostraron mutaciones importantes que afectaron la transmisibilidad y la eficacia de las vacunas. La capacidad de secuenciar el virus en tiempo real permitió a los sistemas de salud pública adaptar sus estrategias y tomar medidas para controlar la propagación de estas variantes más peligrosas.
Además, HTS también fue fundamental en la identificación del virus Zika durante el brote de 2015-2016. Utilizando tecnologías de secuenciación masiva, los investigadores pudieron secuenciar rápidamente el genoma del virus Zika y rastrear su propagación en América Latina. La secuenciación también permitió a los científicos identificar el vínculo entre el virus Zika y los defectos congénitos, como la microcefalia, lo que proporcionó evidencia clave para las recomendaciones de salud pública sobre la prevención del Zika en mujeres embarazadas.
Desafíos en la implementación de HTS en Latinoamérica
La implementación de tecnologías avanzadas como la secuenciación de alto rendimiento (HTS) en Latinoamérica enfrenta múltiples desafíos. A pesar de las grandes oportunidades que HTS ofrece para mejorar la vigilancia epidemiológica y la respuesta a pandemias, existen barreras importantes que deben ser superadas para que la región pueda aprovechar al máximo estas tecnologías. Uno de los mayores desafíos es el alto costo de los equipos y la infraestructura necesarios para llevar a cabo la secuenciación masiva, lo que limita la capacidad de los laboratorios en muchos países de la región.
A nivel regional, la falta de inversión en tecnología y ciencia también ha frenado la adopción de herramientas avanzadas como HTS. Muchos laboratorios en América Latina no tienen acceso a los recursos financieros necesarios para adquirir y mantener las plataformas de secuenciación, lo que dificulta su implementación generalizada.
La fragmentación de los sistemas de salud pública en Latinoamérica también representa un desafío considerable. En muchos países, los sistemas de salud no están centralizados, lo que dificulta la creación de redes de colaboración y la distribución equitativa de recursos tecnológicos avanzados como HTS. Esta falta de coordinación a nivel nacional y regional dificulta la implementación de programas de vigilancia genómica, que dependen en gran medida de la colaboración entre laboratorios, gobiernos y organizaciones de salud.
Además de la infraestructura tecnológica, la capacidad de manejar y analizar los grandes volúmenes de datos generados por HTS también es un desafío. En muchos laboratorios de Latinoamérica, falta el personal capacitado en bioinformática y análisis de datos genómicos, lo que limita la capacidad de aprovechar al máximo la tecnología HTS. A pesar de que la secuenciación puede ser llevada a cabo, sin las herramientas adecuadas de análisis de datos, la información generada no se utiliza de manera eficiente.
Costos elevados del equipamiento y su impacto en la región
Uno de los principales desafíos para la adopción de HTS en Latinoamérica es el costo elevado del equipamiento y los insumos necesarios para realizar la secuenciación de alto rendimiento. Las plataformas HTS, como las de Illumina o Oxford Nanopore, requieren una inversión inicial considerable, que incluye no solo la adquisición de los secuenciadores, sino también el mantenimiento, los reactivos y otros costos operativos asociados. En muchos países de la región, donde los presupuestos para investigación y salud pública son limitados, este costo es un obstáculo importante.
El alto costo de los equipos también impacta la capacidad de los laboratorios para actualizar sus tecnologías a medida que avanza la ciencia. Las plataformas de secuenciación evolucionan rápidamente, y los laboratorios que no pueden permitirse actualizar sus equipos a las versiones más nuevas quedan rezagados en cuanto a capacidad y eficiencia.
Otro factor que influye en el costo elevado de HTS en Latinoamérica es la falta de producción local de insumos y tecnología. Mientras que en otras regiones del mundo existen empresas que fabrican reactivos y equipos de secuenciación, en Latinoamérica hay poca infraestructura para la producción local de estos materiales. Esto obliga a los laboratorios a depender de proveedores internacionales, lo que aumenta los tiempos de espera y eleva los costos de adquisición.
Capacitación Esencial en Manejo de Datos y Herramientas
Además de los desafíos económicos, la falta de personal capacitado en el manejo de datos genómicos es otro obstáculo importante para la implementación efectiva de HTS en Latinoamérica. La secuenciación de alto rendimiento genera grandes volúmenes de datos que requieren un análisis bioinformático avanzado para su interpretación. Sin embargo, la escasez de bioinformáticos y expertos en análisis de datos genómicos en la región limita la capacidad de los laboratorios para utilizar eficientemente los resultados de la secuenciación.
La capacitación en bioinformática y análisis de datos genómicos es esencial para que los laboratorios puedan extraer información útil de las secuencias generadas. Esto incluye la capacidad de identificar variantes genéticas, rastrear mutaciones en tiempo real y comprender las implicaciones clínicas de las secuencias obtenidas. Sin estas habilidades, la información generada por HTS pierde gran parte de su valor, ya que no puede ser interpretada adecuadamente para guiar decisiones en salud pública o investigación.
Además de la bioinformática, la capacitación en el uso de las herramientas HTS también es fundamental. Aunque las plataformas HTS han avanzado mucho en términos de automatización, su uso aún requiere un conocimiento técnico especializado. La calibración de los equipos, la preparación de las muestras y la interpretación de los resultados son tareas que requieren formación y experiencia. Sin un personal capacitado, los laboratorios no pueden operar eficientemente las plataformas HTS, lo que limita su capacidad para llevar a cabo proyectos de secuenciación a gran escala.
En muchos países de Latinoamérica, los programas de formación en bioinformática y genética avanzada son limitados o no están disponibles. Esto significa que los laboratorios dependen de colaboraciones internacionales o de la capacitación en el extranjero para formar a su personal. Si bien esto puede ser una solución temporal, no es sostenible a largo plazo y crea una dependencia de expertos internacionales, lo que puede ralentizar la capacidad de respuesta de los laboratorios locales en situaciones de emergencia.
Iniciativas Regionales de Secuenciación y Optimización de Costos
A pesar de los desafíos, existen soluciones viables para promover la adopción de HTS en Latinoamérica. Una de las estrategias más prometedoras es la creación de consorcios regionales de secuenciación, en los que varios países o instituciones colaboren para compartir recursos, infraestructuras y capacidades tecnológicas. Estos consorcios permitirían distribuir los costos de adquisición y mantenimiento de equipos HTS, lo que haría más asequible su implementación en toda la región.
Los consorcios regionales también facilitarían la capacitación compartida y el intercambio de conocimientos entre laboratorios. Al unir esfuerzos, los países de Latinoamérica podrían crear centros de excelencia en secuenciación genómica, donde los científicos y técnicos puedan recibir formación avanzada en el uso de herramientas HTS y en el análisis bioinformático. Esto ayudaría a mitigar la falta de personal capacitado en la región y garantizaría que los laboratorios puedan operar de manera eficiente sus plataformas de secuenciación.
Otra solución clave para superar los altos costos de implementación es la reducción progresiva de los precios a medida que la tecnología avanza y se populariza. A lo largo de los años, el costo de la secuenciación ha disminuido significativamente a nivel global, y se espera que esta tendencia continúe. A medida que más laboratorios en todo el mundo adopten la tecnología HTS, los costos de producción de equipos y reactivos disminuirán, haciendo que estas tecnologías sean más accesibles incluso para regiones con recursos limitados.
En este contexto, la colaboración internacional y la participación en iniciativas globales también podrían ser beneficiosas para Latinoamérica. Organizaciones como la Organización Mundial de la Salud (OMS) y otros organismos internacionales han apoyado la creación de redes de vigilancia genómica a nivel mundial, proporcionando fondos y recursos para la adquisición de equipos HTS en regiones con menos recursos. Aprovechar estas oportunidades podría acelerar la adopción de HTS en Latinoamérica y mejorar la capacidad de la región para responder a brotes y pandemias.
Finalmente, la inversión en la producción local de insumos y tecnologías para HTS es una solución a largo plazo que podría reducir los costos significativamente. Al fomentar la creación de industrias locales que produzcan reactivos, equipos y herramientas bioinformáticas, los países de Latino.
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