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Transmisión patogénica

La secuenciación del ADN de nueva generación ha revolucionado la investigación y vigilancia de enfermedades infecciosas al permitir observar la historia evolutiva de los patógenos en una resolución inimaginable hace apenas una década. La técnica ofrece una forma particularmente útil de investigar los brotes de cualquier patógeno infeccioso emergente, debido a que se pueden realizar pruebas de alto rendimiento de genomas bacterianos o virales para determinar la relación genética de diferentes cepas. Particularmente, Mycobacterium abscessus causa patologías en varios tejidos y órganos, incluidos los pulmones, y las personas con fibrosis quística tienen una defensa pulmonar debilitada que los hace particularmente vulnerables a la infección por M. abscessus. Esta infección bacteriana ha aumentado en prevalencia, lo cual es motivo de preocupación debido a la virulencia del microbio y a la resistencia a los fármacos. En una reciente investgación, Josephine M. Bryant y sus colegas (Science. 2016 Nov 11;354(6313):751-757) se propusieron investigar el aumento de esta infección en individuos con fibrosis quística, llevando a cabo un análisis de secuenciamiento de más de 1.000 cepas de importancia clínica de M. abscessus en todo el mundo.

El género Mycobacterium se divide a menudo en dos grupos: uno que contiene la especie causante de tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis) y la lepra (M. leprae), y un segundo grupo conocido como micobacterias no tuberculosas (MNT), que abarca todas las demás especies, incluyendo M. abscessus. Las infecciones de M. tuberculosis se propagan por transmisión de persona a persona. Por el contrario, se ha pensado que las infecciones MNT se adquieren casi exclusivamente del medio ambiente, donde las bacterias son omnipresentes, ocupando diversos nichos naturales y artificiales. En algunos casos, estos nichos sirven como reservorio para que las bacterias se propaguen e infecten a los seres humanos, aunque se necesitan más investigaciones para identificar los hábitats ambientales que son las fuentes más probables de las bacterias MNT que infectan a los seres humanos.

El aumento constante de las infecciones por MNT en muchas regiones del mundo ha dado lugar a una mayor conciencia entre los médicos sobre el impacto global de estas infecciones, sobre todo porque algunas personas diagnosticadas incorrectamente con tuberculosis han demostrado tener una infección por MNT. Para estudiar la infección por MNT, Bryant y sus colegas utilizaron la secuenciación de nueva generación para analizar los genomas de 1.080 cepas de M. abscessus aisladas de 517 pacientes en el Reino Unido, Europa continental, Estados Unidos y Australia. Los autores combinaron la información de secuenciación con datos genómicos públicamente disponibles para realizar comparaciones filogenómicas y diseñar alineamientos relacionales para examinar la relación genética de los aislados bacterianos de relevancia clínica que afectan a individuos con fibrosis quística.

Este análisis confirmó la presencia de tres subespecies de M. abscessus, denominadas M. a. Absceso, M. a. Massiliense y M. a. Bolletii. Los autores encontraron tres grandes agrupaciones clonales de muestras bacterianas que tenían secuencias casi idénticas en el análisis de regiones genómicas. Dos de estos grupos estaban en M. a. Absceso y uno en M. a. Massiliense. Debido a que las cepas dentro de cada grupo eran tan similares a nivel genómico, los autores infirieron que en lugar de representar una adquisición ambiental de bacterias genéticamente diversas, estas cepas podrían representar una forma de transmisión humana generalizada de tres clones bacterianos, que denominaron clones circulantes dominantes (figura 1).

Los autores propusieron que la transmisión local de estos clones podría medirse entre los portadores humanos asintomáticos o en una superficie infectada. Las clínicas de fibrosis quística siguen un estricto control de infecciones, implementado específicamente para reducir la potencial transmisión entre pacientes por otros tipos de bacterias que infectan las vías respiratorias en la fibrosis quística. Sin embargo, estos clones dominantes se ha observado en diferentes continentes, por lo que la transmisión de éstos a larga distancia aún sigue ocurriendo mediante un mecanismo desconocido. 

Figura 1: Posible cambio en el modo de transmisión de una infección bacteriana.

 La especie bacteriana Mycobacterium abscessus existe en nichos ambientales como el suelo y el agua. Se supone que las bacterias que crecen en tales nichos en el medio silvestre probablemente tienen diversas secuencias de ADN (indicadas por diferentes colores) que contienen muchas variaciones en bases de ADN individuales conocidas como polimorfismos de nucleótido único. M. abscessus de fuentes ambientales puede causar infecciones pulmonares en los seres humanos. Para investigar un aumento en las infecciones por M. abscessus observadas en muchos lugares , Bryant y sus colegas realizaron una secuenciación del ADN de 1.080 cepas de M. abscessus de interés clínico de todo el mundo. Evidenciaron que algunas de las cepas eran casi idénticas a nivel genético. Tal similitud genética podría significar que las cepas corresponden a clones bacterianos que han surgido para propagarse en humanos. Los autores especulan que la transmisión de humano a humano podría ocurrir por mecanismos de infección tales como inhaladores para la tos o contaminación de superficies. Sin embargo, se desconoce cómo puede ocurrir la transmisión de estos clones a través de continentes a nivel mundial.

Para probar si una cepa es realmente clonal, los autores compararon la secuencia del genoma completo a lo largo del tiempo, derivados de los mismos pacientes. Esto reveló la importancia que podría tener un solo clon que se espera que evolucione dentro de un individuo infectado, lo que se utilizó para definir una línea de base para establecer la tasa esperada de cambio de secuencias, cuando se comparan cepas de personas diferentes. Los autores concluyen que, si en las regiones analizadas hay menos de 20 diferencias simples en la secuencia del ADN, conocidas como polimorfismos de nucleótido único (entre cepas de diferentes individuos), esto sugiere un probable evento de transmisión humana más que una adquisición ambiental de las cepas. Sin embargo, no encontraron evidencia epidemiológica de exposiciones entre pacientes.

Los investigadores realizaron pruebas con infección utilizando ensayos celulares y modelos de ratón para determinar si los clones circulantes dominantes eran más virulentos que otras cepas de M. abscessus. Comparado con bacterias no agrupadas en los clusters, los clones dominantes mostraron mayor integración a las células y un aumento de la supervivencia intracelular. Además, alcanzaron una mayor proliferación en ratones, lo que sugiere que se han adaptado para convertirse en patógenos más robustos y exitosos. Los clones dominantes también tuvieron más mutaciones asociadas con la resistencia a los fármacos y con peores resultados clínicos. Pese a ello, no se probó directamente si estos los clones dominantes eran más efectivos en propagarse que las otras cepas.

Aunque la hazaña del análisis genómico otorga pistas impresionantes acerca de patógenos potencialmente mortales, se requiere aún de más investigación. La diversidad genómica de M. abscessus sigue siendo desconocida, y esto eleva las interrogantes acerca de si las bacterias ambientales pueden mostrar cierta superposición genética con los clados y cepas de interés clínico.

Para establecer definitivamente la ocurrencia, frecuencia y existencia de un mecanismo de transmisión humano-humano, los estudios epidemiológicos deben ser conducidos junto con la vigilancia y seguimiento del genoma del patógeno. Las hipótesis que desafían paradigmas son esenciales para el progreso científico, pero también merecen un cuidadoso seguimiento y deben ser acompañadas de pruebas rigurosas.

La aplicación de estos estudios de secuenciamiento geómico de alto rendimiento del material genético de patógenos de interés clínico, subraya la importancia de seguir impulsando los límites de la tecnología en los campos biológicos y médicos. Este enfoque ofrece a los investigadores una herramienta con la que se puede capturar instantáneas de la evolución, identificar características de patógenos previamente no observadas, y monitorear patógenos en un estado de transición a medida que sus capacidades de propagación van evolucionando.