La secuenciación genómica ayuda en la lucha mundial contra la tuberculosis

Número total de aislamientos para cada fármaco por sensibilidad. Cada fármaco está representado por un círculo de color ponderado por la prevalencia de resistencia fenotípica a ese fármaco. El centro de cada círculo muestra la intersección entre los valores en el eje x y el eje y. Grupo 1 = asociado a resistencia. Grupo 2 = asociado a resistencia interina. Crédito: El microbio Lancet (2022). DOI: 10.1016/S2666-5247(21)00301-3

La pandemia de COVID-19 continúa, pero hay otra enfermedad infecciosa global que tiene un gran impacto en el mundo. La tuberculosis (TB) causa más de 1,5 millones de muertes y más de 10 millones de infecciones por año. Las estimaciones sugieren que se han perdido alrededor de 10 años de progreso en la reducción de la carga global de TB debido a la pandemia de COVID-19, con 1,4 millones de pacientes menos diagnosticados y tratados en 2020 en comparación con 2019.

Al igual que muchas infecciones bacterianas, tratamos con antibióticos Con el tiempo, las mutaciones en el genoma bacteriano pueden dar a Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) la capacidad de sobrevivir al tratamiento y volverse resistente a los medicamentos. Esto puede ocurrir incluso en un solo paciente durante el curso de la terapia. En los últimos años, este problema ha ido en aumento, y alrededor de medio millón de personas padecen TB multirresistente (MDR) cada año.

Esta enfermedad tiene un impacto terrible en los pacientes; la enfermedad es grave, el tratamiento es largo y las drogas tienen efectos secundarios brutales. El tratamiento para la TB-MDR también es dramáticamente más costoso, y el costo para tratar adecuadamente todos los casos se eleva a miles de millones.

Como parte del tema de investigación Biología de la infección de EMBL, los investigadores de mi grupo en EMBL-EBI han estado trabajando para mejorar la elección de la terapia y la vigilancia a través de la secuenciación del genoma del patógeno. A continuación se muestran algunos ejemplos de cómo lo estamos haciendo.

Trabajando con la OMS

El aumento de la resistencia a los medicamentos ha llevado a cambios en el método estándar para tratar la TB. El estándar de oro es tomar una muestra, generalmente esputo, el moco espeso producido en los pulmones de un paciente, aislar la M. tuberculosis, cultivarla durante varias semanas y evaluar a qué medicamentos es susceptible la infección. Esto brinda una lectura personalizada para ver qué medicamentos funcionarán para este paciente en particular. Esta es una información realmente poderosa, pero puede llevar hasta dos o tres meses, ya que M. tuberculosis es una bacteria de crecimiento lento. En los últimos años, muchos estudios han demostrado que las mutaciones en el genoma bacteriano pueden usarse para detectar la resistencia a los medicamentos; mutaciones específicas confieren resistencia a medicamentos específicos, y poco a poco vamos acumulando información sobre las mutaciones clave.

A diferencia de otras enfermedades bacterianas, la Organización Mundial de la Salud (OMS) brinda consejos sobre qué tratamiento de TB administrar dependiendo de qué medicamentos funcionarán o no en una infección en particular. Sin embargo, no han dado ninguna recomendación para determinar qué mutaciones afectan la eficacia de fármacos específicos. Mi equipo forma parte de un grupo de trabajo técnico de la OMS y hemos analizado más de 40 000 genomas de M. tuberculosis y catalogado las mutaciones presentes. Combinando esta información con una amplia gama de otras publicaciones, incluido el enorme conjunto de datos de genotipos y fenotipos del proyecto CRyPTIC, el grupo de trabajo acaba de publicar una base de conocimiento de todas estas mutaciones de alta confianza.

Implementing sequencing in Sistema de salud de Argentina

Gracias a un Fondo de Investigación de Desafíos Globales (GCRF) de UKRI, mi equipo acaba de pasar dos años trabajando con colegas en el Instituto Malbran en Argentina, estableciendo flujos de trabajo de análisis de secuenciación para TB. Como parte de este trabajo, queríamos entender cómo hacer que la secuenciación de rutina funcione dentro de la infraestructura de salud argentina y permitir la notificación adecuada. Esta colaboración contribuyó a un caso exitoso presentado al ministerio argentino y ha llevado a la adopción de la secuenciación de micobacterias de rutina en toda Argentina.

«Ha sido un desafío hacer avanzar este proyecto durante la pandemia del SARS-CoV-2, pero era importante para nosotros establecer y validar nuestras líneas de análisis y procedimientos operativos», dijo Josefina Campos, Coordinadora de Genómica. y Plataformas Bioinformáticas en la Administración Nacional de Laboratorios e Institutos de Salud (INEI-ANLIS), Argentina. «Aunque Argentina no es un país de alta prevalencia, hay regiones donde la TB es una preocupación real. Esta colaboración con EMBL-EBI ha sido muy fructífera y contribuyó a nuestra toma de decisiones nacional para implementar la secuenciación de rutina para la TB».

Validación de la tecnología de nanoporos

El objetivo final del diagnóstico de TB basado en la secuenciación es una prueba en el mismo día que arroja un «perfil de resistencia» que informa la elección del régimen terapéutico, mientras el paciente está todavía en la clínica. Se necesitan dos componentes para que esto funcione: 1) una forma de evitar el cultivo de bacterias durante dos semanas, y 2) un proceso de secuenciación de respuesta rápida en entornos de punto de atención. El primero se aborda mediante la secuenciación del esputo del paciente directamente, sin cultivo. El segundo puede abordarse mediante el uso de un secuenciador portátil Oxford Nanopore MinION.

Mi doctorado. el estudiante Michael Hall publicó recientemente una preimpresión en MedRxiv, trabajando con colaboradores en Sudáfrica, Madagascar e Inglaterra, evaluando la tecnología de nanoporos como una alternativa a otros métodos establecidos para la secuenciación estándar de M. tuberculosis. Las dos cosas que querían verificar eran: 1) ¿Este método proporciona la misma lectura de resistencia a los medicamentos en comparación con otros métodos establecidos? y 2) ¿Detecta los mismos «grupos de brotes» que los equipos de salud pública usan para el seguimiento y seguimiento de la TB? rastro. Descubrieron que podían obtener predicciones de resistencia a los medicamentos casi idénticas en comparación con otros métodos de secuenciación establecidos y podían identificar fácilmente a los pacientes de diferentes grupos de brotes. Este último hecho fue particularmente importante para los coautores en Madagascar, que querían usar esta información para impulsar cuidadosamente el rastreo de contactos en todo el país.

«Es un gran placer colaborar con EMBL-EBI. Este El proyecto es muy importante para nuestro trabajo en Madagascar, donde hemos construido infraestructura y experiencia para la secuenciación de nanoporos», dijo Simon Grandjean Lapierre, profesor asociado en el Departamento de Microbiología, Enfermedades Infecciosas e Inmunología de la Universidad de Montral e investigador visitante en el Instituto Pasteur de Madagascar. . «Era fundamental para nosotros validar cómo podíamos usar esta tecnología para las investigaciones de brotes».

Ensayos clínicos en Madagascar

Mi equipo pronto también colaborará con investigadores del Instituto Pasteur de Madagascar y la Universit de Montral para un ensayo controlado aleatorio por conglomerados, en el que grupos preexistentes de personas se asignarán al azar a distintas estrategias de intervención para el control de la tuberculosis. Esto ayudará a evaluar el valor agregado del uso de información genómica para guiar el seguimiento y la localización en aldeas con alta incidencia de TB en las zonas rurales de Madagascar. El objetivo es evaluar si y cómo la secuenciación sistemática del genoma completo de M. tuberculosis puede ayudar a encontrar casos de TB en entornos rurales de alta incidencia.

«Estamos muy entusiasmados de colaborar con la Universidad de Montral y EMBL- EBI para comenzar a medir el impacto potencial de la secuenciación de TB en la detección de casos en una población que más lo necesitaría, como Madagascar», dijo Niaina Rakotosamimanana, directora de la Unidad de Micobacterias del Instituto Pasteur de Madagascar.

La tuberculosis es un problema multifactorial para el que no habrá una panacea simple basada en la ciencia. Sin embargo, los métodos basados en la genómica que hemos discutido aquí son un paso adelante en el camino hacia el diagnóstico y el control de la transmisión en el mismo día, respaldados por el intercambio de datos de acceso abierto para acelerar el progreso científico. Este trabajo requiere el aporte de muchos investigadores, médicos y trabajadores de la salud pública diferentes de diferentes orígenes y disciplinas, y sin esta red de colaboradores, esto simplemente no sería posible. El trabajo sobre la base genética de la resistencia a los medicamentos está en curso en nuestro país en todo el EMBL como parte del tema de investigación Biología de las infecciones y esperamos que, como sociedad, al combinar el progreso científico con las mejoras en el desarrollo de medicamentos, el alivio de la pobreza y el acceso a medicamentos y diagnósticos, haremos progresos contra esta enfermedad.

La investigación fue publicada en The Lancet Microbe.

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El estudio mundial más grande jamás realizado sobre la tuberculosis identifica las causas genéticas de la resistencia a los medicamentos Más información: Timothy M Walker et al, The 2021 WHO catalog of Mycobacterium tuberculosis complex mutaciones asociadas con la resistencia a los medicamentos : un análisis genotípico, The Lancet Microbe (2022). DOI: 10.1016/S2666-5247(21)00301-3

Michael B. Hall et al, Secuenciación de nanoporos para pruebas de susceptibilidad a fármacos de Mycobacterium tuberculosis e investigación de brotes, (2022). DOI: 10.1101/2022.03.04.22271870