Luchar contra la pandemia de COVID-19 mediante pruebas
SARS-CoV-2 (mostrado aquí en una imagen de microscopía electrónica). Crédito: Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas, NIH
El mundo se encuentra ahora en las garras de una pandemia histórica. El número de muertos por el nuevo coronavirus ha aumentado a más de 117.000 en los Estados Unidos y 448.000 en todo el mundo. El total de casos de la enfermedad, llamada COVID-19, superó los 2 millones en los EE. UU. y los 8,3 millones en todo el mundo. Ahora hay debates intensos sobre si los estados de EE. UU. han comenzado a moverse demasiado rápido para reabrir restaurantes, tiendas, peluquerías y la miríada de otros motores de la vida y el comercio después de semanas de cierre.
Pero hay un área de acuerdo generalizado, dice Robert Tjian, investigador del Instituto Médico Howard Hughes de la Universidad de California, Berkeley: el camino seguro para salir de la pandemia requiere una enorme cantidad de pruebas. En la edición del 1 de mayo de 2020 de la revista RNA, Tjian, la coautora del estudio Meagan Esbin y sus colegas revisaron los avances recientes en las técnicas de prueba de COVID-19 y destacaron las barreras que enfrentan las pruebas generalizadas. Para rastrear la propagación del patógeno y detener la cadena de transmisión, es crucial realizar pruebas tanto para el virus SARS-CoV-2 en sí mismo como para la evidencia de que las personas se han infectado previamente, explica Tjian.
Los países que tienen hasta ahora sofocaron con éxito sus brotes, como Nueva Zelanda, Taiwán, Corea del Sur e Islandia, han hecho el mejor trabajo en la identificación de casos. Por el contrario, «a Estados Unidos le ha ido bastante mal», dice Lawrence Gostin, profesor de medicina y experto en salud pública de la Universidad de Georgetown.
Ese fracaso no se debe a la falta de esfuerzo de la comunidad científica. Decenas de investigadores de todo el país han dejado de hacer lo que estaban haciendo para enfrentar el desafío en los EE. UU., dice Tjian. De hecho, agrega, al compilar los numerosos estudios descritos en el artículo de su grupo, se «sorprendió de la rapidez con la que tantos laboratorios se han convertido para trabajar en COVID-19».
Estos laboratorios han ideado nuevos e innovadores enfoques para las pruebas, así como para superar los cuellos de botella que obstaculizaron los esfuerzos de prueba al principio de la pandemia. Algunos laboratorios, como en Berkeley, han establecido sus propias operaciones de pruebas rápidas para servir a las comunidades locales, publicando rápidamente sus métodos «para que nadie tenga que reinventar la rueda», dice Tjian. Estos y muchos otros esfuerzos están ayudando a responder algunas de las preguntas básicas sobre la lucha contra la pandemia.
¿Por qué son tan importantes las pruebas?
El SARS-CoV-2 es un virus especialmente pernicioso. Es altamente contagioso y relativamente letal, con una tasa de mortalidad que aún es incierta pero superior a la de la gripe 10 veces o más, según sugieren algunos datos. Pero la característica más astuta del virus es que puede ser propagado por personas que ni siquiera saben que están infectadas. Por el contrario, las víctimas del virus SARS original en 2003 no eran contagiosas hasta que presentaban síntomas graves, lo que facilitaba aislar a esas personas y cortar la cadena de transmisión.
En los Estados Unidos, el número de casos confirmados Los casos de coronavirus han superado los dos millones. La densidad de casos se muestra en rojo. Ver el tablero completo con el recuento de casos por país. Crédito: Universidad Johns Hopkins
«Que las personas puedan tener COVID-19 sin síntomas es uno de los aspectos más desafiantes para prevenir la propagación», explica Eric Topol, fundador y director del Scripps Research Translational Institute. Una persona infectada sin saberlo puede infectar a docenas de personas, como lo demuestran eventos de «superpropagación» como una práctica coral en el estado de Washington, con 32 casos confirmados, y un hombre que visitó varios clubes nocturnos de Corea del Sur, infectando a más de 100 personas.
Además, las pruebas pueden detectar el SARS-CoV-2 solo cuando una persona infectada está produciendo activamente una gran cantidad del virus, dice Tjian. Es por eso que tres tipos de pruebas son vitales, dice. Las personas con cualquier síntoma de COVID-19 deben hacerse la prueba para detectar nuevos casos lo antes posible. Las personas que han estado en contacto con una persona infectada también deben hacerse la prueba, incluso si no tienen síntomas. Y finalmente, dice, los proveedores de atención médica deben evaluar a las personas en busca de anticuerpos contra el virus, para identificar a aquellos que ya pueden haber estado infectados.
Los científicos han diseñado varios métodos de prueba para detectar el ARN del SARS-CoV-2. El método utilizado en casi todas las pruebas hasta la fecha y considerado el «estándar de oro» se basa en una técnica para amplificar pequeñas cantidades de genes virales. Crédito: Instituto Médico Howard Hughes
¿Cómo prueban los científicos el nuevo coronavirus?
El SARS-CoV-2 se reproduce ingresando a las células humanas y luego secuestrando la maquinaria de las células para hacer muchas copias de su código genético. material llamado ARN. Los científicos han diseñado varios métodos de prueba para detectar este ARN viral distintivo. El método utilizado en casi todas las pruebas hasta la fecha y considerado el «estándar de oro» se basa en una técnica para amplificar pequeñas cantidades de genes virales. Primero, un hisopo recolecta células infectadas de la garganta de una persona, recolectando fragmentos de ARN viral. Ese material genético generalmente se purifica y luego se copia del ARN al ADN complementario. Luego, el ADN se copia millones de veces utilizando un método estándar conocido como reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Finalmente, se agrega una sonda fluorescente que emite un brillo revelador cuando hay presentes copias de ADN del ARN viral.
La PCR no es el único enfoque viable. Los científicos del MIT y otras universidades también han reutilizado la técnica de edición de genes llamada CRISPR para detectar rápidamente el SARS-CoV-2. CRISPR utiliza enzimas diseñadas para cortar el ADN en puntos precisos. El enfoque de prueba aprovecha esa capacidad de buscar un fragmento específico de código genético, en este caso un ARN viral, utilizando una enzima que emite fluorescencia cuando encuentra el objetivo distintivo del SARS-CoV-2. A principios de mayo, la Administración de Alimentos y Medicamentos autorizó de emergencia la prueba desarrollada por el equipo del MIT, dirigido por el investigador del HHMI Feng Zhang.
Otra técnica de prueba lee rápidamente cada «letra» de ARN del virus genoma, usando un proceso llamado secuenciación genética. Eso es excesivo para detectar el virus, pero ha sido particularmente útil para rastrear la marcha implacable del virus en todo el mundo. Y algunos investigadores están experimentando con «nanointerruptores» inteligentes de ADN que pueden cambiar de una forma a otra y generar un brillo fluorescente cuando detectan un fragmento de ARN viral.
Los científicos también pueden ver signos reveladores de infección en el sangre. Una vez que las personas se han infectado, sus sistemas inmunológicos responden creando anticuerpos diseñados para neutralizar el virus. Las pruebas de anticuerpos detectan esa respuesta inmunitaria en muestras de sangre utilizando una proteína diseñada para unirse a los anticuerpos contra el SARS-CoV-2. Sin embargo, crear una prueba de anticuerpos que sea sensible y precisa puede ser complicado.
Aunque las pruebas de coronavirus en los EE. UU. han tenido problemas para alcanzar los niveles necesarios, «la ciencia no es la parte complicada», dice Tjian. «Como cualquier otra cosa en la investigación, hay más de una solución». En cambio, el problema real ha sido acelerar el ritmo de las pruebas.
¿Cuál es el historial de pruebas de los EE. UU.?
Incluso cuando el virus arrasó Wuhan, China, en enero de 2020 y comenzó a matar estadounidenses en febrero (o tal vez incluso antes), el gobierno de EE. UU. no se preparó para la propagación de la pandemia. Básicamente, «no hubo respuesta» del gobierno federal, dice Tjian. «No podría haber imaginado un peor equipo de liderazgo para lidiar con esta pandemia mundial».
La Administración Trump se negó a utilizar una prueba basada en PCR desarrollada por la Organización Mundial de la Salud (OMS), por ejemplo, y una prueba producida por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de EE. UU. resultó ser defectuosa. La falta de un esfuerzo nacional coordinado hizo que los estados, las empresas y los laboratorios universitarios se esforzaran por llenar el vacío.
A medida que los laboratorios y los estados de EE. UU. se apresuraban a aumentar sus capacidades de prueba, se encontraron con cuellos de botella y obstáculos. Por ejemplo, «solo unas pocas casas de suministros proporcionaban los reactivos [necesarios para las reacciones de PCR] y los suministros eran lamentablemente inadecuados», dice Tjian. Incluso el equipo básico, como los hisopos utilizados para recolectar muestras, fue difícil de encontrar. «Eso fue algo que nos tomó por sorpresa», recuerda Tjian. «¿Quién hubiera imaginado que la pieza más limitada de todo este rompecabezas era el hisopo?» Resultó que el principal productor de hisopos aprobado por los CDC era una fábrica en el norte de Italia, una de las regiones más afectadas por el virus.
Sin pruebas suficientes, había una «brecha de datos trágica que socavaba la respuesta pandémica de EE. UU.», escribe el investigador de servicios de salud Eric C. Schneider en un comentario en la edición del 15 de mayo del New England Journal of Medicine. En lugar de poder evaluar a todas las personas con síntomas y a todas aquellas con las que habían estado en contacto, como lo hicieron países como Corea del Sur, la escasez significó reservar pruebas para pacientes hospitalizados y para ayudar a evitar que los trabajadores de la salud transmitieran el COVID-19, explica. .
Las pruebas de anticuerpos detectan una respuesta inmunitaria en muestras de sangre utilizando una proteína diseñada para unirse a los anticuerpos contra el SARS-CoV-2. Pero crear una prueba de anticuerpos que sea a la vez sensible y precisa puede ser complicado. Crédito: Instituto Médico Howard Hughes
La falta de datos sobre el número de casos ha dificultado modelar el camino de la pandemia, escribe Schneider, del Commonwealth Fund, una fundación privada destinada a mejorar el sistema de atención médica. Como resultado, ha sido difícil anticipar dónde se necesitan más los servicios médicos de emergencia, las camas de hospital y los ventiladores.
A mediados de mayo, la capacidad de prueba en los EE. UU. finalmente había aumentado de unos pocos miles por día a alrededor de 300.000 por día. Aún así, eso está muy por debajo de lo que se necesita. Harvard Roadmap to Pandemic Resilience estima, por ejemplo, que el país requerirá pruebas a un ritmo de «20 millones por día para removilizar completamente la economía». Para reabrir de manera segura, «necesitamos capacidades de prueba masivas que actualmente no existen», dice Gostin de Georgetown, uno de los autores del informe.
¿Cómo pueden los científicos superar los cuellos de botella de prueba?
Científicos de todo el mundo han respondido a los desafíos que plantea el nuevo coronavirus. El grupo de Berkeley, por ejemplo, aumentó drásticamente su capacidad de prueba y redujo los costos a cerca de $ 1 por prueba con mejoras como omitir la purificación de ARN de un paso y fabricar sus propios reactivos. «No es ciencia espacial, pero nos tomó cinco semanas averiguar los detalles porque las empresas comerciales no te dicen qué hay en sus reactivos», explica Tjian. El equipo de investigación ha hecho que su prueba casera esté disponible gratuitamente para cualquier laboratorio que quiera replicarla.
Mientras tanto, grupos en Rutgers, Yale (incluido el investigador del HHMI Akiko Iwasaki) y otros centros han eliminado la necesidad para frotis de garganta al mostrar que las muestras de saliva funcionan igual de bien. Eso abre más la puerta a las pruebas en el hogar, ya que escupir en un tubo y enviarlo por correo a un laboratorio es mucho más fácil que tomar una muestra.
También se están logrando avances en las pruebas de anticuerpos. La mayoría de las docenas de las llamadas pruebas de serología que inicialmente estaban en el mercado no tenían la sensibilidad y la especificidad para seleccionar solo los anticuerpos dirigidos contra el SARS-CoV-2. El desafío es que las pruebas requieren el uso de copias de una proteína viral que se une a los anticuerpos. Resulta que una clave para resolver ese problema es usar células de mamíferos para producir la proteína viral con la forma precisa necesaria para ubicarse solo en los anticuerpos contra el SARS-CoV-2.
¿Cómo ayudarán las pruebas a domesticar la pandemia?
La estrategia básica para superar el COVID-19 es identificar a las personas infectadas, encontrar y evaluar a cualquier persona con la que hayan estado en contacto y poner en cuarentena a las personas infectadas. Eso no es práctico para las grandes ciudades o países enteros, dada la asombrosa cantidad de pruebas necesarias, los desafíos logísticos y los espinosos problemas de privacidad. Pero hay formas inteligentes de lanzar una red más amplia sin tantas pruebas individuales.
Una es agrupar muchas muestras en un grupo, de modo que se puedan monitorear grandes grupos de personas con una sola prueba. Luego, si el virus aparece en la piscina, los funcionarios de salud pública pueden evaluar a los individuos de ese grupo para identificar las infecciones.
Quizás aún más poderoso es monitorear las aguas residuales. El virus puede aparecer en las heces de una persona dentro de los tres días posteriores a la infección, mucho antes de la aparición de los primeros síntomas. Los científicos podrían usar la prueba PCR estándar en muestras de aguas residuales para detectar el virus. Y al recolectar muestras de lugares específicos, como pozos de acceso, dispersos por toda una comunidad, sería posible reducir la ubicación de cualquier infección a unas pocas cuadras o incluso edificios individuales, como un complejo de apartamentos o un dormitorio universitario. «Puedes determinar la carga viral y cómo cambia con el tiempo con una prueba al día», dice Tjian. «Eso sería increíble».
Tjian y muchos otros ahora están averiguando cómo se podrían usar estos enfoques para reabrir una universidad o un negocio de manera segura. Los esfuerzos de prueba a gran escala requerirían mucha mano de obra y no serían económicos, dice, pero mucho más baratos que bloquear toda una economía y mucho más seguros que reabrir sin pruebas adecuadas, como lo están haciendo ahora algunos estados. Y a medida que los científicos continúan aumentando las capacidades de prueba y creando pruebas mejores y más baratas, esta estrategia pronto debería estar al alcance.
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Siga las últimas noticias sobre el brote de coronavirus (COVID-19) Más información: Meagan N. Esbin et al, Superando el cuello de botella para las pruebas generalizadas: una revisión rápida de enfoques de prueba de ácido nucleico para la detección de COVID-19, ARN (2020). DOI: 10.1261/rna.076232.120 Proporcionado por el Instituto Médico Howard Hughes Cita: Luchando contra la pandemia de COVID-19 a través de pruebas (2020, 19 de junio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news /2020-06-covid-pandemic.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.