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Allan Orozco: Colaboración en la secuenciación del SARS-CoV-2

Con voluntad de trabajo activo en equipo, podríamos secuenciar más de 3.000 genomas del coronavirus al mes

La información genética total de un organismo se denomina genoma. La secuenciación se ha vuelto muy popular debido a la pandemia del coronavirus de tipo 2, causante del síndrome respiratorio agudo severo, abreviado SARS‑CoV‑2, que produce la covid‑19.

Típicamente, se emplean equipos denominados NGS (Next Generation Sequencing) para obtener la información genómica del virus que está circulando. En estos equipos se leen los genomas del SARS‑CoV‑2 con el fin de determinar sus mutaciones y variaciones para comprender mejor su transmisibilidad o agresividad.

El genoma completo del SARS‑CoV‑2 no sobrepasa las siete páginas estándares, llenas de letras escritas sin espacios (un poco menos de 30.000 caracteres). Como todos los genomas, está compuesto de cuatro letras.

Lo esencial es que esta composición de letras no es completamente estática; puede cambiar. Esta característica de la variabilidad y mutabilidad en el tiempo es muy común en los virus.

Las variaciones tienen un efecto funcional dependiendo de la parte del genoma del coronavirus en la que suceda. Es fundamental vigilar la composición del genoma viral a través de muestreos correctamente seleccionados. Por tanto, una gran cantidad de países están secuenciando los genomas del SARS‑CoV‑2 con reportes globales diarios, al mejor estilo meteorológico.

¿Puede Costa Rica lograr una secuenciación genómica del SARS‑CoV‑2 a mayor escala? Para contestar debemos saber qué capacidad e infraestructura de equipos genómicos existen en el país y, también, si hay gente que conozca de secuenciación genómica experimental y personas con experiencia en bioinformática y biología computacional para analizar los genomas después de obtenerlos.

Costa Rica dispone de nueve secuenciadores del tipo NGS con tecnología SBS (Sequencing by Synthesis). Todos son de carácter público y están localizados en el Valle Central.

El Inciensa dispone de dos con capacidad media. El más potente está localizado en la UCR. En los últimos siete años, se ha invertido un millón de dólares, aproximadamente, en equipos de secuenciación genómica NGS (Illumina) que podrían colocarse en una red colaborativa en la presente crisis sanitaria.

Actualmente, un 86 % de la infraestructura genómica disponible en Costa Rica no está siendo utilizada para el SARS‑CoV‑2, aunque es vital para el monitoreo de variantes de interés (VOI, por sus siglas en inglés), de preocupación (VOC) o de escape inmunitario.

La misma OMS, en su reporte de Secuenciación genómica del SARS‑CoV‑2 del presente año, indica colaborar con grupos locales a fin de aumentar la capacidad de secuenciación de cada país. En caso de que sean muy limitadas, sugiere recurrir a un apoyo externo, como la Red Regional de Vigilancia Genómica de COVID‑19, coordinada por la OPS.

Es decir, la recomendación de los organismos internacionales es determinar las capacidades de secuenciación locales y establecer programas nacionales donde participen los profesionales y equipos disponibles, todo enfocado en una base colaborativa con protocolos compartidos, intercambio de datos, desarrollo de bases de datos comunes y control de calidad de tareas compartidas. En conjunto, este procedimiento ayudará a la preparación de plataformas nacionales para enfrentar nuevos patógenos en el futuro.

Por ejemplo, la red creada en Argentina para la secuenciación del SARS‑CoV‑2 está constituida por un nodo central, el Laboratorio de Virología del Hospital de Niños Ricardo Gutiérrez, y dos grupos de nodos: uno para la toma de muestras y aporte de datos clínico-epidémicos y otro, referente a la secuenciación distribuida en ocho laboratorios nacionales.

Cuenta con un grupo de bioinformática con investigadores procedentes de nueve instituciones, un grupo de análisis de evolución molecular de ocho instituciones nacionales y un grupo de médicos infectólogos y epidemiólogos de todas las provincias. Es un trabajo multidisciplinario, coordinado y descentralizado que usa todos los secuenciadores genómicos disponibles a escala nacional.

En el Reino Unido, el Sistema de Salud Nacional se unió con el Instituto Wellcome Sanger, empresas privadas y unas 15 universidades públicas y privadas que cuentan con equipos para secuenciar y monitorear el SARS‑CoV‑2 de forma colaborativa.

Hay que tomar en cuenta que en Costa Rica no todos los centros o laboratorios poseen las condiciones para manejar muestras infecto-contagiosas (cabinas de seguridad biológica tipo B2), pero es posible reducir el material genético a una forma inactiva y, así, pasar la gestión del material genético a otros laboratorios de apoyo para su respectiva secuenciación.

Disponemos de expertos en biotecnología y bioinformática que, si hubiera un proyecto colaborativo, apoyarían las actividades de secuenciación del Inciensa, que tiene la principal carga de secuenciación del SARS‑CoV‑2 en el país.

Los costos de secuenciación han bajado mucho en los últimos años. A través del uso de nuevos protocolos y kits comerciales en paquetes es posible obtener un genoma del SARS‑CoV‑2 a un costo de $26 (solamente en reactivos sin cargas adicionales) por unidad con el equipo NextSeq 550 de la UCR, capaz de correr simultáneamente 3.072 genomas en menos de 30 horas máquina.

A través del equipo MiSeq, el más utilizado en el país, se logra, por unos $80 (COVIDSeq Test), pero depende de los componentes del protocolo empleado y del tipo de reactivos usados.

Un protocolo diferente, junto con el uso complementario de reactivos específicos de un fabricante en función de ese procedimiento, multiplicaría por 10 el costo de la misma secuenciación por cada genoma.

Esto puede suceder, por ejemplo, si un centro se mantiene con un protocolo establecido cuando se inició la pandemia y no ha evolucionado a los cambios tecnológicos del momento. El campo se mueve rápidamente, y el ensayo y uso de nuevos tests comerciales requieren adaptaciones. Eso reduciría significativamente el costo por genoma de SARS‑CoV‑2.

También hay gente experta en secuenciación genómica en el país. Desde antes de la pandemia existían ocho secuenciadores como los descritos en Costa Rica.

El primer secuenciador fue un Illumina MiSeq que instaló el Centro de Investigaciones en Biología Molecular y Celular (CIBCM) de la UCR en el 2015. Todos los secuenciadores se usaban principalmente para diseñar paneles genómicos de genes humanos para estudios en oncología, distintos tipos de ensayos exómicos relacionados con enfermedades de causa molecular, para secuenciación bacterial y viral, y demás.

Los empleaban, por ejemplo, el Hospital Nacional de Niños, el Centro de Investigación en Hematología y Trastornos Afines de la UCR en el Hospital San Juan de Dios, el CIBCM de la UCR y el Senasa.

Mucho de su personal fue entrenado en bioinformática para el análisis de los datos provenientes de la tecnología, ya que hacer uso de la secuenciación genómica es imposible sin la bioinformática.

La colaboración es el esquema principal para el avance de la ciencia y la medicina, y es aún más vital en tiempos de pandemia.

El Consejo Técnico de Bioinformática Clínica (CTBC), adjunto al Ministerio de Salud, está compuesto, principalmente, por representantes de instituciones en donde se encuentra la mayoría de los secuenciadores genómicos del país.

Los laboratorios de salud pública tienen experiencia valiosa en biología molecular y genética, y se pueden reforzar las capacidades en las áreas de bioinformática y biología computacional. El Ministerio de Salud debe girar la directriz tanto a los grupos del CTBC como al Inciensa para potenciar inmediatamente la base de una red de secuenciación genómica nacional, ya que ambos están adjuntos al mismo ministerio y disponen de los elementos y expertos necesarios para fortalecerla.

El CTBC ya aprobó una propuesta para crear esa red (Rescue, acrónimo de Red de Secuenciación). Ahora necesitamos todo el apoyo y cooperación para hacerla crecer de forma integral en un tiempo oportuno y relevante.

Con buena logística y cooperación, recursos compartidos y sobre todo con voluntad de trabajo activo en equipo, podríamos secuenciar más de 3.000 genomas del coronavirus SARS‑CoV‑2 al mes con el uso de los COVIDSeq Tests de Illumina.

Los sistemas robóticos ayudarían mucho en la preparación de librerías genómicas para aumentar el rendimiento del proceso junto con el personal asignado. Disponemos de una capacidad conjunta de 226,2 GB de secuenciación de salida teórica, que de momento no estamos aprovechando lo suficiente.

Por supuesto, hay que tener en cuenta que ciertos equipos están dedicados a otras labores imprescindibles, pero durante una pandemia es justificable usar los secuenciadores hasta en turnos (recurso humano compartido), bajo la premisa de la entrega de los reactivos a tiempo por los proveedores y de la disposición de los recursos económicos suficientes para adquirirlos y garantizar un uso eficiente.

Actualmente, el Inciensa secuencia, en promedio, alrededor de 115 genomas al mes sobre casi 400.000 reportes positivos de covid-19, con un total de 792 genomas del SARS‑CoV‑2 hasta el momento. Este valor no es suficiente para un control epidémico eficiente. Trinidad y Tobago ha secuenciado 485 genomas contra solamente 38.930 casos reportados. Por tanto, tiene un mejor índice proporcional de secuenciación adquirida, aunque a través de colaboración internacional.

Ese país prepara la instalación de una infraestructura genómica local para secuenciar hasta 6.144 genomas (2 kits de COVIDSeq/Illumina junto con dos secuenciadores NGS) y también prestará servicios de secuenciación externos a varias islas del Caribe en los próximos meses.

Cuba, con menos recursos y tecnología Sanger, ha secuenciado 653 genomas de 403.622 casos, tasa parecida a la de Costa Rica. Por consiguiente, obtendríamos mejores resultados si aplicáramos el principio de unión nacional, tanto en tecnología como con las decenas de expertos en biología, biotecnología, genómica y bioinformática del país.

Incluso, centros como el de Investigaciones en Biotecnología del Tec pueden ser acondicionados para sumarse a dicha tarea, con miras a un mejor control de las variantes del SARS‑CoV‑2 en Costa Rica.

También, debemos trabajar más los reportes bioinformáticos mediante la creación de un repositorio con sitio web, con vistas a facilitar el acceso a los genomas virales provenientes de la vigilancia genómica, datos epidémicos y geoespaciales y herramientas bioinformáticas para el procesamiento de datos en línea, como módulos de análisis para la detección de variantes como la delta.

Una web así permitirá compartir distintos protocolos de las instituciones que compongan la red de laboratorios o centros donde se realizan las secuenciaciones genómicas y que sean parte del programa de vigilancia nacional, del desarrollo de flujos de trabajo compartidos para comprobar la calidad de las secuencias procesadas y para conocer los reactivos disponibles en cada unidad en el tiempo.

Adicionalmente, sería factible combinar datos genómicos con datos de la epidemia en sistemas de referencia, como el EDUS de la CCSS, y el establecimiento de bases de datos locales para la integración de información genético-molecular con imágenes médicas de pacientes con covid-19, y se aprovecharían mucho mejor los metadatos digitales de los pacientes para apoyar el diagnóstico y tratamiento.

Todo esto en conjunto no solo ayuda a combatir la pandemia; beneficia a la ciencia y la tecnología integral del país, crea posibilidades para explorar nuevas formas de secuenciación genómica, establece puentes de colaboración y potencia el trabajo de los expertos y los actores que participen, lo que se traducirá en un bien para la sociedad costarricense.

allanorozco@gmail.com

El autor es director de Programa Sociedad de la Información y el Conocimiento (Prosic) de la Universidad de Costa Rica.

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