Por: Leonardo Galindo
La gran noticia
Muchas veces las personas solo preguntan acerca de la importancia de los grandes avances científicos cuando una noticia aparece en la primera plana de un diario o en los noticieros. Aunque en ocasiones algunas de estas fuentes pueden dar información acertada, no siempre es así, y los medios de comunicación masiva pueden fácilmente guiar a la gente a creer en verdades parciales, verdades agrandadas o en ocasiones hechos que están lejos de la realidad. Lo cierto es que si lo que dicen los científicos o académicos no es siempre totalmente verídico, imaginen lo que puede pasar cuando los medios transmiten o retransmiten la información sin hacer una investigación profunda. Es por eso que no hay nada de malo en ser un poco más inquisitivos, así la ciencia no sea nuestro campo de trabajo… la ciencia finalmente es parte de nuestro día a día. O acaso no quisiéramos entender un poco más de que nos habla nuestro médico cuando comenta de la predisposición genética a una enfermedad, o de por qué se produce el cáncer, o si vacunarnos o no porque al parecer hay una pandemia…una pan que????
El genoma humano fue una de esas grandes noticias que llegó con el cambio de milenio…que oportuno! En la última semana de junio del año 2000 CNN, uno de los medios noticiosos más populares en Estados Unidos, publicó lo que se clasificó como un logro equiparable a poner al hombre en la luna [1]. CNN resaltó frases del entonces presidente de Estados Unidos acerca de cómo sería posible curar la mayoría, si no todas las enfermedades humanas; mientras Francis Collins (líder de uno de los dos proyectos de secuenciación del genoma) más conservador, pero aún con la emoción del momento, hablaba de rápidos avances en entender enfermedades como la diabetes y la esquizofrenia. Aunque hay que decir que la noticia publicada también mostró información sobre las posibles implicaciones éticas de la secuenciación del genoma humano, es interesante como las grandes frases como…curaremos todas las enfermedades, o esto es más importante que poner al hombre en la luna, tomaron prioridad en los primero párrafos. Curiosamente esta última analogía se aplica bastante bien para lo que finalmente ocurrió para obtener el primer borrador del genoma humano. Mientras la llegada de Amstrong y Aldrin a la superficie lunar fue una consecuencia de una carrera contra los cosmonautas rusos, la presentación del primer borrador del genoma humano cinco años antes de lo programado, fue consecuencia de una carrera entre el consorcio de secuenciación público (liderado por Francis Collins), y la compañía privada Celera Genomics (comandada por Craig Venter). Aunque en ciencia las carreras generalmente se dan por la publicación de artículos cuando dos grupos estudian el mismo tema, la aceleración en la investigación en este caso también se vio incrementada por el deseo de Craig Venter y su grupo de patentar las secuencias encontradas, y del consorcio público por hacer posible que dicha información fuera totalmente pública [2].
Sea como fuere, los primeros borradores de la secuenciación del genoma humano realizados por el consorcio público y Celera, fueron finalmente publicados en las dos revistas científicas más relevantes a nivel mundial (Nature y Science) en Febrero de 2001 [3]-[4], y fueron acompañadas de grandes promesas para el futuro.
10 años después
Pero 10 años después de las publicaciones iniciales, de acuerdo a encuestas realizadas a 1000 científicos por parte de Nature, aquella promesa de curar casi todas o todas las enfermedades todavía no se ha cumplido y posiblemente tardará décadas en cumplirse [5]. Es normal que algo así haya ocurrido, lo extraño hubiera sido realmente que hubiéramos curado todas las enfermedades en 10 años; pero por supuesto hablar de un gran evento como la secuenciación del genoma humano sin hablar de una transformación de la humanidad no tendría tanto impacto… verdad? En principio, posiblemente por una visión reduccionista, se creía que encontrar cada uno de los genes del genoma sería suficiente para descifrar su función específica y entonces hacer una relación directa con las enfermedades. Sin embargo como suele ocurrir en toda la naturaleza, las relaciones simplistas uno a uno son poco comunes, y son las interacciones entre las partes las que cuentan. Para los genes, la teoría no es distinta, y generalmente una característica específica (como en el caso de ciertas enfermedades), no depende de un gen, sino de varios interactuando a veces linealmente, a veces circularmente y a veces en redes. Incluso la información de regiones que no codifican para genes, la estructura del ADN y la interacción entre distintos tipos de moléculas en la célula hacen que la decodificación del genoma y su función, sea algo mucho más complicado de lo que se pensaba [6]. De hecho aquellos con una visión más holística, los biólogos de sistemas, que tratan de encontrar todas las partes interactuantes, se han encontrado con que es casi imposible encontrar todas las piezas del rompecabezas para hacer predicciones útiles. Por esta razón, descifrar la secuencia de un genoma es como haber determinado los caracteres de un libro lleno de jeroglíficos y acertijos donde las palabras (genes), solo tienen sentido al hacer frases con otras palabras que pueden o no encontrarse en la misma página. El entendimiento básico de dichas partes del genoma y su funcionamiento ha variado completamente en esta última década, debido en parte a los grandes esfuerzos de secuenciación. Aunque el estimativo actual del número de genes en el genoma humano es de 21.000 (que cubren probablemente solo el 1.5% de la secuencia total), se sabe ahora que muchos de estos genes codifican para más de una proteína. Las grandes regiones que no codifican para genes hacen parte de una red de regulación previamente desconocida e inexplorada [7], y finalmente no solo el código de los genes es relevante, sino su posición y estructura en el núcleo celular. Solo al entender la función de los genes y sus interacciones es posible vincular más directamente su relación con las enfermedades.
Lo cierto es que a pesar de esta complejidad, haber secuenciado el genoma humano casi es su totalidad si ha traído beneficios, mayormente en la forma de conocimiento biológico y médico básico [5], y eventualmente este conocimiento ayudará al diagnóstico y el tratamiento de numerosas enfermedades. Adicionalmente, la carrera por secuenciar el genoma y el continuo análisis de este y otros genomas durante la última década han impulsado la tecnología de secuenciación y el desarrollo de herramientas de bioinformática (herramientas computacionales para el análisis de moléculas biológicas), tanto así que actualmente podemos secuenciar en una semana 10 millones de veces más secuencia de lo que podíamos en 1990 [7], y de hecho es posible secuenciar un genoma humano completo en un día por un par de miles de dólares [8]. Esto abre infinitas posibilidades para comparar múltiples regiones del genoma en numerosos individuos…y posiblemente en el futuro genomas completos en poblaciones enteras. Actualmente ya tenemos gran cantidad de información acerca de pequeñas variantes en el genoma (SNPs – sigla en inglés para polimorfismos de un nucleótido), además de otros cambios como las deleciones e inserciones, que pueden ser relacionadas directamente con condiciones específicas. La información de las variantes y las mutaciones esparcidas por todo el genoma nos ha permitido sin duda hacer relaciones mucho más directas y en proporciones mayores entre el componente genético (genotipo) y las enfermedades (fenotipo) [7]. Por ejemplo, mientras hace una década los genes conocidos relacionados con enfermedades (hereditarias y no hereditarias) estaban en el rango de los cientos, ahora el número de genes que se pueden relacionar esta en el rango de miles, y se sabe que muchas enfermedades dependen de numerosos genes y de sus interacciones con otros componentes celulares. Enfermedades como la diabetes tipo 2, que afecta a más de 300 millones de personas en el mundo, dependen de secciones del genoma ubicadas en 39 lugares distintos. Para desordenes mentales como la esquizofrenia solo unas pocas regiones genómicas han sido identificadas pero se cree que este tipo de enfermedades tienen un componente polígenico (de varios genes) amplio. Incluso características tan comunes como la altura de una persona parecen depender de más de 180 regiones distintas en el genoma. Adicionalmente la posibilidad de estudiar individuos de poblaciones distintas también ha permitido encontrar otro tipo de relaciones genéticas. Ciertas enfermedades renales están ligadas a variantes presentes en el gen (APOL1) de personas de ascendencia africana, las cuales no se encuentran en poblaciones europeas.
Aunque todo este conocimiento es de suma importancia y constituye un gran avance desde el año 2000, es importante saber que encontrar la relación genética de una enfermedad no significa haberla curado. Por ejemplo para el caso del cáncer, aunque el número de genes descubiertos relacionados con los cánceres más comunes se ha triplicado desde los 90’s [7], aún es necesario conocer las interacciones de estos genes y evaluar grandes poblaciones para poder diseñar medicinas a la medida que disminuyan significativamente las tasas de mortalidad. Si bien es posible reconocer un factor de riesgo mediante el análisis genético, el camino para el diagnóstico masivo y un tratamiento adecuado es aún largo para muchas de estas enfermedades.
Hace más de una década, se hicieron grandes promesas que no se pudieron cumplir del todo, sin embargo, el espíritu y la voluntad de hacer grandes cosas nos llevaron a una revolución en el conocimiento biológico y tecnológico más grande de lo que pudimos imaginar. Estamos de nuevo en las puertas de una nueva década con nuevos retos, esperemos que los nuevos objetivos trazados se puedan cumplir uno a uno para beneficio de la humanidad.
Cada una de nuestras células es un pequeño ecosistema cambiante de un momento al siguiente, y cada célula hace parte de sistemas aún más grandes con las mismas complejas propiedades, que a su vez, hacen parte de sistemas de mayor orden. Somos a lo menos una infinidad de interacciones, y al siguiente instante somos de nuevo otra infinidad pero diferente….
Referencias
[1]http://archives.cnn.com/2000/HEALTH/06/26/human.genome.05/index.html
[2]Abbott A: The Human Race. Nature 2010, 464(7289):668-669.
[3]Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, Baldwin J, Devon K, Dewar K, Doyle M, FitzHugh W et al: Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 2001, 409(6822):860-921.
[4]Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, Smith HO, Yandell M, Evans CA, Holt RA et al: The sequence of the human genome. Science 2001, 291(5507):1304-+.
[5]Butler D: Science after the Sequence. Nature 2010, 465(7301):1000-1001.
[6]Hayden EC: Life Is Complicated. Nature 2010, 464(7289):664-667.
[7]Lander ES: Initial impact of the sequencing of the human genome. Nature 2011, 470(7333):187-197.
[8]Venter JC: Multiple personal genomes await. Nature 2010, 464(7289):676-677.
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By Vanesa Segovia
If you have seen movies like CONTAGION, you will be surprised to know that they are not entirely into fiction. From May to September, 2011, over 4000 cases and around 50 deaths were reported in 16 in countries of North America and Europe [1]. All of them had typical symptoms of gastroenteritis, stomach pain, nausea and bloody diarrhea, but additionally they had the lethal syndrome of HUS (Haemolytic Uraemic Syndrome), which destroys red blood cells and causes kidney failure. The outbreak originated in Germany and the responsible was an E. coli variant (strain) named as O104:H4, which very quickly was identified, the genome was sequenced and the pathogen characterized. In record time, and according with the genome sequence information, the reason why this strain was so virulent was unveiled [2], which allowed an immediate response from the doctors, enabling the right medical treatment and proper strategies of disease control to block the dispersion of this little enemy.
The unprecedented global crowd-sourcing effort did make possible to stop the dispersion. Scientist around the world collaborated to facilitate the characterization of this bacteria, the specialists provided the bases to generate a platform that allowed data analysis, comparisons and conclusions in a short period of time [3]. The genome analysis centre-TGAC, in Norwich, England, was one of the research centers involved in performing this important task. BIOGENIC had the chance to talk to Dr. Lisa Crossman (Microbial Genome Project leader at TGAC), who was directly involved on the characterization of this bug, and who was very generous to answer our questions about this outbreak; she also shared with us part of her experience as a young scientist.
1. Dr. Crossman, where are you from?
I was born in Malaysia and I grew up in Europe. I live in Norwich in the East of England since my PhD.
2. What events shaped your career choice?
Family (my father is a biologist), my own interests and my children.
3. How would you describe working in scientific research?
Everything from the routine to the most exciting thing!
4. We are curious, you are a young project leader in TGAC’s. Which is the trick to achieve your goals in such a short period of time?
Unfortunately I do not think there is a trick, just work hard and play hard.
5. You are involved in the analysis of the E. coli O104:H4, an outbreak ranked as the second largest and most deadly in history [4], is this a new strain?
This strain is not new, however, it was originally described as new by doctors after an attempt at serotyping the strain with a bank of common serotypes, which failed due to the O104:H4 serotype being more rarely associated with this type of outbreak. Hence the original description as new until the correct serotype was identified. (Serotype refers to distinct variations within a subspecies)
6. If not, where does it come from, which are the closest ancestors?
This is still a cause for debate, however, the outbreak is believed to have been associated with beansprout seeds (served in salads). Even though we have a lot of E. coli strains sequenced, we do not have ALL E. colis sequenced so we can only compare it to the nearest sequenced neighbors. Crowd-sourcing identified the E. coli 55989 as the closest sequenced neighbor, identified in approximately 1999 involved in serious diarrhea disease in Central Africa. The chromosomes of these strains are closely related, however, the German outbreak E. coli strain has lost a small piece of DNA that can be easily traded with other bacteria known as a plasmid from the 55989, and gained three other potentially vital plasmids.
7. Why is it deadly?
It is likely to be a combination of factors. One important factor is the presence of a bacterial virus, or Phage which specifies a toxin known as Shiga toxin likely involved in the most severe symptoms of the food poisoning. Another is the presence of structures on the outside of the cell that we know are involved in aggregation, or sticking to each other and potentially to surfaces. There are also numerous genes that code for ‘nasty’ products such as enzymes that could act on our cells. Additionally, there is a high level of antibiotic resistance, however, antibiotics are not usually used to treat these bugs carrying Shiga toxin as antibiotics may in fact allow faster release of the toxin from the bacterial cells.
8. Physiology studies take some time to fully understand a pathogen. But this time we got information really quickly, due to a rapid analysis that was performed around the world. What was the strategy to generate and to perform analyses that deal with such a large amount of information?
A large group of scientists got together as a Crowd-Sourcing project where we shared a lot of information over the internet. People used many different tools to carry out analysis in their particular areas of expertise. It was very fast and fun to share, people were working very hard!
9. Is it possible to predict if a harmless E. coli strain will turn into a lethal one?
I would say not (at the moment anyway) it could be a case of trading genes with another bacterium and being in the wrong place at the wrong time. However, this strain had a lot of ‘nasty’ factors sprinkled throughout the sequence so it would seem to be at a higher risk of becoming lethal than another strain with less of these factors.
10. What were your most interesting findings?
One of the two plasmids picked up recently (not present in a very closely related 2001 outbreak strain of O104:H4) is the most different part of the genome sequence to other E. coli sequences. It encodes an aggregative factor and has many mobile elements, or ‘jumping genes’. Large concentrations of ‘jumping genes’ are found near the antibiotic resistance genes as well, but are found in much lower amounts throughout the rest of the sequence. It is traditionally known that these genes are involved in genetic transfer from other organisms by ‘jumping’ them out of their current position into the new one. Many of the ‘jumping genes’ found on the plasmid are not the same sort found on the chromosome or genetic backbone of the E.coli. Maybe this suggests that these pieces of DNA have come from different origins.
11. What is the next step to fully understand O104:H4?
Everyone always wants more data, so more sequences would be nice, to put this organism in context. We still need to search for a reason why this organism has been able to affect otherwise healthy adults instead of the more usual demographic which is infants and elderly people.
12. Analyses were done in the sequence rather than the O104:H4 strain, this allows to know about pathogen features, like resistance to antibiotics. Which is the role of whole genome sequencing strategies in epidemiology? (Epidemiology refers to the study of health-events, characteristics and determinant patterns in a population).
Whole genome sequencing is just knocking at the door of epidemiological studies. The reason why this is happening now is due to recent increases in speed of both sequencing and analysis and decreases in price. Sequence information could inform on tracing a route of an organism from country to country.
There is still no substitute for questioning of the patients to find a common factor in a group, for example going to a particular shop or restaurant. Genome sequencing and analysis is very powerful but it does not tell us at which shop or restaurant a contaminated product was found.
One thing found early on in the outbreak by BGI, China was a specific genetic sequence for use to speedily identify that a person has contracted this particular strain and can therefore be treated appropriately. Knowledge of antibiotic resistances carried could help in cases where antibiotics were used.
13. Can we say that bioinformaticians are able to save lives?
I think so, although it is difficult to quantify as the bioinformaticians are involved quite early on. For example, in identifying a possible vaccine target which then may go on through clinical trials etc. to become a useful vaccine.
14. How do you think that science can build up a better society?
Perhaps through teaching and outreach activities to help the public better understand issues like microbiology and health and that bacteria can both be good and bad.
15. What would be your advice for the new generation of scientists?
Science is cool, come and join in!
16. Any last ideas that you would like to add?
New methods of sequencing and analysis are moving so rapidly that new technologies and tools are likely to be in use by next year. New data for outbreak E.coli may be available or new tools to look at the existing data in a new way could change how we look at this bug! It is a really fast moving field.
References
[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., and 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. September 4, 2011. In Science Daily, [http://www.sciencedaily.com/releases/2011/09/110904215952.htm]
[3] E. coli O104:H4 Genome Analysis Crowdsourcing. [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. June 6, 2011. In Food Poison Journal, [http://www.foodpoisonjournal.com/foodborne-illness-outbreaks/german-based-e-coli-o104h4-is-now-second-largest-and-most-deadly-in-history/]
For more information please check
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]
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Por Vanesa Segovia
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.
1. Dr. Crossman, ¿dónde nació?
Yo nací en Malasia y crecí en Europa. Vivo en Norwich (Inglaterra) desde que hice mi doctorado.
2. ¿Qué factores influyeron en la elección de su carrera profesional?
Mi familia, pues mi papa es biólogo, intereses personales y mis niños.
3. ¿Cómo describiría el trabajo en el campo de la investigación científica?
Pasa de todo, desde lo rutinario hasta lo mas emocionante!.
4. Tenemos curiosidad, usted es una joven líder de proyecto en TGAC, quisiéramos saber, ¿cuál es la clave para alcanzar los objetivos propuestos en un periodo de tiempo tan corto?
Yo no creo que haya una clave desafortunadamente, solo hay que trabajar duro y jugar rudo. Tener algo de agresividad.
5. Usted esta involucrada en el análisis de la bacteria E. coli O104:H4, la cual causó un brote que se clasificó como el segundo mas mortal en la historia [4], ¿es esta una cepa nueva?
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)
6. Si no lo es, ¿de dónde viene, cuál es su ancestro más cercano?
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.
7. ¿Porque es mortal?
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.
8. Estudios patológicos y fisiológicos toman algún tiempo para entender un patógeno completamente. Pero en este caso se obtuvo información rápidamente, debido al análisis rápido que se realizó alrededor del mundo. ¿Cuál fue la estrategia para generar y realizar los análisis de esta enorme cantidad de información en un tiempo tan corto?
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!.
9. ¿Es posible anticipar que una cepa inofensiva de E. coli se va a convertir en letal?
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.
10. ¿Cuáles fueron sus hallazgos más interesantes?
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.
11. ¿Cuál es el siguiente paso para entender completamente O104:H4?
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.
13. ¿Podríamos decir que los bioinformáticos son capaces de salvar vidas?
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.
14. ¿Cómo cree que la ciencia puede construir una mejor sociedad?
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.
15. ¿Cuál es su consejo para la nueva generación de científicos?
La ciencia es divertida, ven y únete!
16. ¿Tiene algún comentario adicional?
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.
Referencias
[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/]
Para más información:
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]
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