Hace ya 12 años que el primer conjunto de instrucciones genéticas de un ser humano fue secuenciado. Muchas de nuestras expectativas de usar el conocimiento sobre el genoma humano para combatir mejor enfermedades como las cardiopatías y el cáncer siguen situadas a años y décadas vista, pero la secuenciación del ADN en la atención sanitaria no se limita al futuro. Ya está revolucionando la microbiología clínica. Lo más emocionante de todo es que nos proporciona una herramienta importante en la lucha contra las cepas de bacterias resistentes a los fármacos. Estas cepas constituyen una de las principales amenazas crecientes para la salud humana, y acaban de motivar nuevas directrices en el Reino Unido sobre cómo los médicos de cabecera deben prescribir antibióticos.
La microbiología clínica es la rama de la medicina dedicada a prevenir y tratar las enfermedades infecciosas. Depende de identificar con rapidez los patógenos que causan enfermedades: bacterias, virus y hongos. La identificación permite tratar a cada paciente de forma individualizada y vigilar de manera eficaz el brote y la propagación de una enfermedad.
La forma tradicional de identificar la mayoría de los patógenos bacterianos consiste en cultivar la muestra de un paciente, comprobar su sensibilidad a los antimicrobianos y compararla con otras cepas bacterianas. Puede tardar días en el caso de bacterias de crecimiento rápido, como E.coli, y meses en el caso de las de crecimiento más lento, como Mycobacterium tuberculosis.
En los primeros años del siglo XXI hubo algunos avances técnicos importantes en este campo, pero aún quedan retos por resolver. Identificar la cepa exacta del patógeno sigue siendo difícil, mientras que también existen numerosos obstáculos para rastrear sus vías de transmisión y vigilar sus mutaciones.
La secuenciación del ADN podría ser la respuesta. Desarrollada en 1975 por un grupo dirigido por Fred Sanger – cuyo trabajo es objeto de una nueva exposición en línea – la secuenciación del ADN no se utilizaba de forma rutinaria en los laboratorios de microbiología clínica hasta hace muy poco. Era muy costosa y requería un trabajo manual laborioso y una lectura minuciosa de los resultados. Sin embargo, los secuenciadores de ADN más rápidos y baratos y las grandes bases de datos de referencia están cambiando esta situación cada vez más.
El coste medio de los secuenciadores de sobremesa es actualmente de 125.000 dólares estadounidenses (80.000 libras esterlinas). Estos equipos pueden secuenciar varios genomas bacterianos en un día, a un coste de unos 150 dólares por muestra. Todavía en 2007, secuenciar un solo genoma bacteriano podía costar 800.000 dólares. Hoy ya es posible secuenciar 100 genomas bacterianos en una sola ejecución.
Rosie Hospital
El potencial de esta tecnología frente a las infecciones resistentes a los fármacos cobró protagonismo por primera vez durante un brote de SARM en el Rosie Hospital de Cambridge (Reino Unido) en 2011. Cuando tres bebés dieron positivo al mismo tiempo en la unidad de neonatos, el equipo de control de infecciones del hospital revisó los registros de los seis meses anteriores y encontró que los bebés se habían infectado de forma esporádica por SARM, a veces con meses de diferencia.
¿Pero se trataba de un brote de SARM o simplemente de infecciones no relacionadas? Como los métodos convencionales apenas servían de ayuda, se recurrió a expertos en secuenciación del genoma completo del Wellcome Trust Sanger Institute y de la Universidad de Cambridge. Rápidamente establecieron que todas las muestras estaban relacionadas a nivel genómico, lo que sugería un brote. Al secuenciar otras bacterias de la base de datos de microbiología del laboratorio del hospital con el mismo perfil de sensibilidad a los antibióticos, confirmaron que se trataba de una nueva cepa de SARM con el doble de infecciones de las que se pensaba inicialmente, y que también estaba extendida en la comunidad.
Dos meses después de descubrirse las infecciones anteriores, otro bebé dio positivo a pesar de que la unidad acababa de limpiarse a fondo. Por ello, el equipo secuenció bacterias de hisopos tomados al personal de la unidad y descubrió que una persona concreta portaba la misma cepa de SARM. Una vez tratada esa persona, el brote terminó.
Desarrollos posteriores
En aquel momento se habló mucho del potencial de replicar este éxito en otros lugares, y todo parece indicar que así está siendo. En 2014 el mismo equipo de Cambridge en colaboración con investigadores de Tailandia y Australia demostró el uso de la secuenciación del genoma completo para rastrear e identificar el SARM en dos unidades de cuidados intensivos de un hospital con recursos limitados del noreste de Tailandia.
Lo más llamativo fue el gran número de variantes distintas de la infección que el equipo detectó en el hospital al mismo tiempo, algo que la tipificación convencional no había logrado detectar. El estudio también ayudó a identificar genes de importancia clínica, como los que codifican la resistencia a antisépticos y la resistencia a antibióticos. Las bacterias resistentes a los fármacos son especialmente un problema en los países más pobres, por lo que los resultados parecían especialmente importantes.
Más allá del SARM, la secuenciación del genoma completo frustró otro tipo de bacterias resistentes a los fármacos en el Queen Elizabeth Hospital de Birmingham (Reino Unido) en 2013. Se trató de un brote de Acinetobacter baumannii, una bacteria oportunista que provoca neumonía e infecciones del torrente sanguíneo en pacientes en estado crítico con el sistema inmunitario debilitado. Una nueva cepa de la bacteria llevaba más de 18 meses azotando el hospital. Una vez secuenciada, los investigadores de las universidades de Warwick y Birmingham pudieron demostrar que la teoría anterior, según la cual la infección se transmitía dentro de una misma sala, era errónea: en realidad los pacientes la contraían en una cama especializada en cuidados de quemados situada en otro lugar.
Este año, investigadores del Imperial College de Londres lograron resolver un misterio relacionado con la tuberculosis que afectaba a dos pacientes que habían contraído cepas de la infección resistentes a los fármacos. El primero había trabajado en el sector sanitario de Sudáfrica, en una zona donde se había producido un brote grave de tuberculosis resistente a los fármacos en 2005, pero estaba sano cuando llegó a Inglaterra. El segundo nunca había viajado al extranjero y, como es habitual en la tuberculosis, no presentó síntomas durante cuatro años. Solo mediante la secuenciación del genoma completo fue posible relacionar ambos casos: resultó que habían pasado ocho días en la misma sala de medicina en 2008. Con la tuberculosis resistente a los fármacos en aumento en el Reino Unido, de 28 casos en 2000 a 81 en 2012; este avance también es importante.
A pesar de todos estos avances, un obstáculo importante frena la adopción generalizada de la secuenciación del genoma completo frente a las bacterias resistentes a los fármacos. En la actualidad existen pocas herramientas que permitan analizar e interpretar de forma automática los datos secuenciados de muestras clínicas para que los no especialistas puedan comprenderlos y aplicarlos clínicamente. Esto dificulta la implantación del sistema e impide que los costes bajen aún más.
No obstante, la Universidad de Stanford, en California, podría estar indicando el camino hacia una solución. Los investigadores de allí han desarrollado un sistema basado en web para rastrear el VIH resistente a los fármacos. Si este enfoque puede aplicarse a otras infecciones, incluidas las bacterianas, la secuenciación del genoma podría convertirse en una práctica habitual en hospitales de todo el mundo.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas en él.
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Autoría: Lara Marks es responsable de edición de www.whatisbiotechnology.org y ha escrito Lock and Key of Medicine: Monoclonal antibodies and the transformation of healthcare.
Imagen: Ejemplos de crecimiento bacteriano en un laboratorio de microbiología de la Agencia Búlgara de Seguridad Alimentaria en Sofía. REUTERS/Stoyan Nenov
