BIOGENIC Biólogos Genetistas Colombianos

Si usted ha visto películas del tipo de CONTAGION, le sorprendería saber que a veces no están del todo en el terreno de la ficción. Entre Mayo y Septiembre del 2011 se reportaron 4000 enfermos y 50 muertos en 16 países de Europa y Estados Unidos [1]. Todos presentaban síntomas típicos de gastroenteritis; dolor de estomago, nausea y diarrea con sangre, pero además presentaban el letal síndrome de HUS (por su sigla en ingles-Haemolytic Uraemic Syndrome) que destruye los glóbulos rojos y causa falla en los riñones. El brote se originó en Alemania y el responsable fue un variante (cepa) de la bacteria E. coli denominada O104:H4, que rápidamente fue identificada, su genoma secuenciado y el patógeno caracterizado. En tiempo record, y con base en la información obtenida de su genoma, se conoció la razón por la cual ésta cepa es tan virulenta [2]; lo que permitió la ágil respuesta del cuerpo médico, estableciendo el tratamiento indicado y estrategias de control que evitaron la dispersión de este pequeño enemigo.

Un esfuerzo sin precedentes hizo posible parar la dispersión. Científicos alrededor del mundo aunaron esfuerzos para facilitar la tarea de caracterizar esta bacteria, cada uno con su especialidad aportó las bases para una plataforma que permite analizar los datos generados, compararlos y sacar prontamente una conclusión [3]. Uno de los centros participantes fue el centro de análisis de genomas- TGAC, en Norwich, Inglaterra. BIOGENIC tuvo la oportunidad de dialogar con la Dra. Lisa Crossman (líder de proyecto en el área de genoma de microbios en TGAC), involucrada directamente en esta importante tarea, quien generosamente respondió nuestras inquietudes acerca de este brote y nos compartió parte de su historia como joven científica.

Yo nací en Malasia y crecí en Europa. Vivo en Norwich (Inglaterra) desde que hice mi doctorado.

Mi familia, pues mi papa es biólogo, intereses personales y mis niños.

Pasa de todo, desde lo rutinario hasta lo mas emocionante!.

Yo no creo que haya una clave desafortunadamente, solo hay que trabajar duro y jugar rudo. Tener algo de agresividad.

La cepa no es nueva, sin embargo, fue descrita como nueva por los doctores, después de intentar caracterizarla con un banco de cepas comunes, lo cual falló debido a que el serotipo O104:H4 no estaba comúnmente asociado con este tipo de brote. Por lo tanto, al principio se describió como nueva hasta que se identificó el serotipo correcto. (Serotipo permite diferenciar organismos a nivel de subespecie)

Esto aun es causa de debate. Sin embargo, se cree que el brote esta asociado con el consumo de semillas germinadas de soya (servidas en ensaladas). Aunque se tienen muchas cepas de E. coli secuenciadas, no tenemos TODAS las cepas secuenciadas, entonces solo es posible compararla con las secuencias de las cepas mas cercanas. Esfuerzos conjuntos determinaron a la cepa E. coli 55989 como el pariente más cercano, la cual fue identificada en 1999 como causante de serios problemas relacionados con enfermedades diarreicas en el Centro de África. Los cromosomas de las dos cepas están muy relacionados, sin embargo, la cepa de E. coli en el brote de Alemania perdió una pequeña parte de DNA (plásmido) que se intercambia comúnmente con otras bacterias, conocido como plásmido de 55989, y ganó 3 nuevos plásmidos que son potencialmente esenciales.

Posiblemente, es una combinación de factores. Un factor importante es la presencia de un virus bacteriano, que produce una toxina llamada “Shiga”, la cual está aparentemente involucrada con síntomas severos de envenenamiento por comida. Otro factor es la presencia de estructuras en la superficie de la célula, que sabemos están involucradas en la agregación y apilamiento de las bacterias entre sí y probablemente con superficies específicas. También hay genes que codifican productos indeseables, como por ejemplo enzimas que pueden actuar en contra de nuestras células. Adicionalmente hay un alto nivel de resistencia a antibióticos, sin embargo, los antibióticos no se usan habitualmente para tratar bacterias con la toxina Shiga debido a que pueden de hecho, producir una liberación más rápida de la toxina.

Un grupo enorme de científicos se unieron bajo un proyecto centralizado y mancomunado, donde se compartió mucha información usando el Internet. Cada grupo utilizó herramientas diferentes para realizar el análisis, de acuerdo a su área de especialidad . Fue muy rápido y divertido compartir la información, trabajamos muy duro!.

Yo diría que no (al menos por ahora), podría haber casos de intercambio de genes entre bacterias y estar en el lugar equivocado, en el momento equivocado. Sin embargo, esta cepa tenía muchos factores indeseables a lo largo de toda su secuencia genómica, de modo que parecía tener una probabilidad más alta de volverse letal, comparada con otras cepas con una menor cantidad de dichos factores.

Uno de los dos plásmidos principales que fueron identificados recientemente (no está en el ancestro cercano del brote en 2001), constituye la parte más distinta de la secuencia genómica cuando es comparada con otras secuencias de E.coli. Codifica para un factor de agregación, y tiene muchos, muchos elementos móviles o “genes saltarines”. Grandes concentraciones de genes saltarines se encuentra cerca de los genes que confieren resistencia a antibióticos, comparado con el resto de la secuencia del genoma. Tradicionalmente, se conoce que estos genes están involucrados en el traspaso de genes desde otros organismos, haciendo que “salten” de su posición original a una nueva. Muchos de los genes saltarines encontrados en los plásmidos no son de la misma clase de los encontrados en el cromosoma o en el esqueleto genético de E. coli. Tal vez, esto sugiere que estos pedazos de DNA vienen de diferentes orígenes.

Todo el mundo siempre quiere más datos, entonces sería bueno tener más secuencias para poner al organismo en contexto. Todavía necesitamos encontrar la razón por la cual este organismo fue capaz de afectar a adultos saludables, en lugar de afectar a poblaciones tradicionalmente más vulnerables como niños o ancianos.

12. Los análisis se realizaron en la secuencia del genoma, en lugar de analizar la cepa O104:H4, esto permite conocer acerca de las características del patógeno, como su resistencia a antibióticos por ejemplo. ¿Cuál es el rol de las estrategias de secuenciación de genomas completos en la epidemiología? (Epidemiología se refiere a el estudio de la distribución, frecuencia, los determinantes, predicciones y control de los factores relacionados con la salud en una población).

La secuencia de genomas completos está apenas tocando las puertas de los estudios epidemiológicos. La razón por la cual esto esta pasando ahora, es debido al incremento en la velocidad de la secuenciación y los análisis, y la disminución en los precios de secuenciación. La información de las secuencias podría brindar información en el seguimiento de un organismo de un país a otro.

Aun no hay sustituto que supla el cuestionar a los pacientes para encontrar un factor común en un grupo afectado, como por ejemplo ir a una tienda o restaurante particular. La secuenciación y el análisis de los genomas son herramientas poderosas, pero todavía no nos dan información precisa acerca de cual tienda o restaurante tiene el producto contaminado.

En este brote, el BGI de China encontró muy temprano una secuencia genética específica para usarla rápidamente en identificar que persona había contraído esta cepa en particular y por lo tanto, ser tratada de forma apropiada. El conocimiento de resistencia a antibióticos que podría tener una cepa particular podría ayudar en casos en donde se hayan usado antibióticos.

Yo creo que sí, aunque esto es difícil de cuantificar debido a que ellos están involucrados en etapas tempranas del proyecto. Por ejemplo, en identificar un posible candidato para una vacuna, que luego tenga que pasar por ensayos clínicos, etc, para poder convertirse en una vacuna útil.

Tal vez enseñando e incrementando actividades de extensión que ayuden al público a entender mejor ciertos temas, como la microbiología y la salud, y que las bacterias pueden ser tanto buenas como malas.

La ciencia es divertida, ven y únete!

Los nuevos métodos de secuenciación y análisis se están moviendo tan rápido que es posible que las nuevas tecnologías y herramientas estén disponibles el próximo año. Nuevos datos del brote de E. coli o nuevas herramientas para analizar los datos existentes de una nueva forma podrían hacerse disponibles, lo cual podría cambiar la manera como entendemos este organismo! Este es un campo que se mueve muy rápido.

[1] Buchholz, U., Bernard, H., Werber, D., Böhmer, M., Remschmidt, C., Wilking, H., Deleré, Y., an der Heiden, M., Adlhoch, C., Dreesman, J., Ehlers, J., Ethelberg, S., Faber, M., Frank, C., Fricke, G., Greiner, M., Höhle, M., Ivarsson, S., Jark, U., Kirchner, M., Koch, J., Krause, G., Luber, P., Rosner, B., Stark, K., y Kühne, M. 2010. German Outbreak of Escherichia coli O104:H4 Associated with Sprouts. New England Journal of Medicine 365: 1763–70

[2] Crowd-Sourcing the E. Coli O104:H4 Outbreak. Septiembre 4 de 2011. En Science Daily, [http://www.sciencedaily.com/releases/2011/09/110904215952.htm]

[3] E. coli O104:H4 Genome Analysis Crowdsourcing. En [https://github.com/ehec-outbreak-crowdsourced/BGI-data-analysis/wiki]

[4]Marler, B. German based E. coli O104:H4 Outbreak is now second largest and most deadly in history. Junio 6 de 2011 En Food Poison Journal, [http://www.foodpoisonjournal.com/foodborne-illness-outbreaks/german-based-e-coli-o104h4-is-now-second-largest-and-most-deadly-in-history/]

E. coli outbreak strain in genome race, [http://www.nature.com/news/2011/110721/full/news.2011.430.html]

Microbe outbreak panics Europe. [http://www.nature.com/news/2011/110607/full/474137a.htm]

DNA Sequence Yields Clues to Germany's 'Super Toxic' E. coli Outbreak, [http://news.sciencemag.org/scienceinsider/2011/06/sequence-yields-clues-to-germany.html]

Prospective Genomic Characterization of the German Enterohemorrhagic Escherichia coli O104:H4 Outbreak by Rapid Next Generation Sequencing Technology, [http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0022751]