Colaboración en la secuenciación del SARS-CoV-2
La información ge‑ nética total de un organismo se deno‑ mina genoma. La secuenciación se ha vuelto muy popular debido a la pandemia del coronavirus de tipo 2, causante del síndro‑ me respiratorio agudo severo, abreviado SARS‑CoV‑2, que produce la covid‑19.
Típicamente, se emplean equipos denominados NGS (Next Generation Sequen‑ cing) para obtener la infor‑ mación genómica del virus que está circulando. En estos equipos se leen los genomas del SARS‑CoV‑2 con el fin de determinar sus mutaciones y variaciones para comprender mejor su transmisibilidad o agresividad.
El genoma completo del SARS‑CoV‑2 no sobrepasa las siete páginas estándares, llenas de letras escritas sin espacios (un poco menos de 30.000 caracteres). Como to‑ dos los genomas, está com‑ puesto de cuatro letras.
Lo esencial es que esta composición de letras no es completamente estática; pue‑ de cambiar. Esta característi‑ ca de la variabilidad y muta‑ bilidad en el tiempo es muy común en los virus.
Las variaciones tienen un efecto funcional dependien‑ do de la parte del genoma del coronavirus en la que suce‑ da. Es fundamental vigilar la composición del genoma vi‑ ral a través de muestreos co‑ rrectamente seleccionados. Por tanto, una gran cantidad de países están secuenciando los genomas del SARS‑CoV‑2 con reportes globales diarios, al mejor estilo meteorológico.
¿Puede Costa Rica lograr una secuenciación genómi‑ ca del SARS‑CoV‑2 a mayor escala? Para contestar debe‑ mos saber qué capacidad e infraestructura de equipos genómicos existen en el país y, también, si hay gente que conozca de secuenciación genómica experimental y personas con experiencia en bioinformática y biología computacional para analizar los genomas después de obte‑ nerlos.
Costa Rica dispone de nue‑ ve secuenciadores del tipo NGS con tecnología SBS (Se‑ quencing by Synthesis). To‑ dos son de carácter público y están localizados en el Valle Central.
El Inciensa dispone de dos con capacidad media. El más potente está localizado en la UCR. En los últimos siete años, se ha invertido un millón de dólares, apro‑ ximadamente, en equipos de secuenciación genómica NGS (Illumina) que podrían colocarse en una red colabo‑ rativa en la presente crisis sanitaria.
Actualmente, un 86 % de la infraestructura genómica disponible en Costa Rica no está siendo utilizada para el SARS‑CoV‑2, aunque es vital para el monitoreo de varian‑ tes de interés (VOI, por sus siglas en inglés), de preocupa‑ ción (VOC) o de escape inmu‑ nitario.
Trabajo local para el éxito global. La misma OMS, en su reporte de Secuenciación genómica del SARS‑CoV‑2 del presente año, indica colabo‑ rar con grupos locales a fin de aumentar la capacidad de secuenciación de cada país. En caso de que sean muy limita‑ das, sugiere recurrir a un apo‑ yo externo, como la Red Regio‑ nal de Vigilancia Genómica de COVID‑19, coordinada por la OPS.
Es decir, la recomendación de los organismos internacio‑ nales es determinar las capa‑ cidades de secuenciación lo‑ cales y establecer programas nacionales donde participen los profesionales y equipos disponibles, todo enfocado en una base colaborativa con protocolos compartidos, inter‑ cambio de datos, desarrollo de bases de datos comunes y control de calidad de tareas compartidas. En conjunto, este procedimiento ayudará a la preparación de plataformas nacionales para enfrentar nue‑ vos patógenos en el futuro.
Hay que tomar en cuenta que en Costa Rica no todos los centros o laboratorios poseen las condiciones para manejar muestras infecto‑contagiosas (cabinas de seguridad bioló‑ gica tipo B2), pero es posible reducir el material genético a una forma inactiva y, así, pasar la gestión del material genético a otros laboratorios de apoyo para su respectiva se‑ cuenciación.
Disponemos de expertos en biotecnología y bioinformáti‑ ca que, si hubiera un proyecto colaborativo, apoyarían las ac‑ tividades de secuenciación del Inciensa, que tiene la principal carga de secuenciación del SARS‑CoV‑2 en el país.
Hacer más. Los costos de secuenciación han bajado mucho en los últimos años. A través del uso de nuevos pro‑ tocolos y kits comerciales en paquetes es posible obtener un genoma del SARS‑CoV‑2 a un costo de $26 (solamente en re‑ activos sin cargas adicionales) por unidad con el equipo Ne‑ xtSeq 550 de la UCR, capaz de correr simultáneamente 3.072 genomas en menos de 30 horas máquina.
A través del equipo MiSeq, el más utilizado en el país, se logra, por unos $80 (CO‑ VIDSeq Test), pero depende de los componentes del protocolo empleado y del tipo de reacti‑ vos usados.
Un protocolo diferente, jun‑ to con el uso complementario de reactivos específicos de un fabricante en función de ese procedimiento, multiplicaría por 10 el costo de la misma se‑ cuenciación por cada genoma.
Esto puede suceder, por ejemplo, si un centro se man‑ tiene con un protocolo estable‑ cido cuando se inició la pan‑ demia y no ha evolucionado a los cambios tecnológicos del momento. El campo se mue‑ ve rápidamente, y el ensayo y uso de nuevos tests comercia‑ les requieren adaptaciones. Eso reduciría significativa‑ mente el costo por genoma de SARS‑CoV‑2.
También hay gente experta en secuenciación genómica en el país. Desde antes de la pan‑ demia existían ocho secuen‑ ciadores como los descritos en Costa Rica.
El primer secuenciador fue un Illumina MiSeq que instaló el Centro de Investigaciones en Biología Molecular y Celu‑ lar (CIBCM) de la UCR en el 2015. Todos los secuenciado‑ res se usaban principalmente para diseñar paneles genómi‑ cos de genes humanos para es‑ tudios en oncología, distintos tipos de ensayos exómicos re‑ lacionados con enfermedades de causa molecular, para se‑ cuenciación bacterial y viral, y demás.
Los empleaban, por ejem‑ plo, el Hospital Nacional de Ni‑ ños, el Centro de Investigación en Hematología y Trastornos Afines de la UCR en el Hospi‑ tal San Juan de Dios, el CIBCM de la UCR y el Senasa.
Mucho de su personal fue entrenado en bioinformática para el análisis de los datos provenientes de la tecnología, ya que hacer uso de la secuen‑ ciación genómica es imposible sin la bioinformática.
La colaboración es el esque‑ ma principal para el avance de la ciencia y la medicina, y es aún más vital en tiempos de pandemia.
Trabajo en equipo. El Con‑ sejo Técnico de Bioinformáti‑ ca Clínica (CTBC), adjunto al Ministerio de Salud, está com‑ puesto, principalmente, por representantes de institucio‑ nes en donde se encuentra la mayoría de los secuenciadores genómicos del país.
Los laboratorios de salud pública tienen experiencia va‑ liosa en biología molecular y genética, y se pueden reforzar las capacidades en las áreas de bioinformática y biología computacional. El Ministerio de Salud debe girar la directriz tanto a los grupos del CTBC como al Inciensa para poten‑ ciar inmediatamente la base de una red de secuenciación genómica nacional, ya que ambos están adjuntos al mis‑ mo ministerio y disponen de los elementos y expertos nece‑ sarios para fortalecerla.
El CTBC ya aprobó una propuesta para crear esa red (Rescue, acrónimo de Red de Secuenciación). Ahora necesi‑ tamos todo el apoyo y coope‑ ración para hacerla crecer de forma integral en un tiempo oportuno y relevante.
Con buena logística y coo‑ peración, recursos comparti‑ dos y sobre todo con voluntad de trabajo activo en equipo, podríamos secuenciar más de 3.000 genomas del coronavirus SARS‑CoV‑2 al mes con el uso de los COVIDSeq Tests de Illu‑ mina.
Los sistemas robóticos ayu‑ darían mucho en la prepara‑ ción de librerías genómicas para aumentar el rendimiento del proceso junto con el per‑ sonal asignado. Disponemos de una capacidad conjunta de 226,2 GB de secuenciación de salida teórica, que de momen‑ to no estamos aprovechando lo suficiente.
Por supuesto, hay que tener en cuenta que ciertos equipos están dedicados a otras labores imprescindibles, pero durante una pandemia es justificable usar los secuenciadores hasta en turnos (recurso humano compartido), bajo la premisa de la entrega de los reactivos a tiempo por los proveedores y de la disposición de los re‑ cursos económicos suficientes para adquirirlos y garantizar un uso eficiente.
Actualmente, el Inciensa secuencia, en promedio, al‑ rededor de 115 genomas al mes sobre casi 400.000 repor‑ tes positivos de covid‑19, con un total de 792 genomas del SARS‑CoV‑2 hasta el momen‑ to. Este valor no es suficiente para un control epidémico eficiente. Trinidad y Tobago ha secuenciado 485 genomas contra solamente 38.930 casos reportados. Por tanto, tiene un mejor índice proporcional de secuenciación adquirida, aun‑ que a través de colaboración internacional.
Ese país prepara la insta‑ lación de una infraestructura genómica local para secuen‑ ciar hasta 6.144 genomas (2 kits de COVIDSeq/Illumina junto con dos secuenciadores NGS) y también prestará ser‑ vicios de secuenciación exter‑ nos a varias islas del Caribe en los próximos meses.
Cuba, con menos recursos y tecnología Sanger, ha secuen‑ ciado 653 genomas de 403.622 casos, tasa parecida a la de Costa Rica. Por consiguiente, obtendríamos mejores resul‑ tados si aplicáramos el prin‑ cipio de unión nacional, tanto en tecnología como con las decenas de expertos en biolo‑ gía, biotecnología, genómica y bioinformática del país.
Incluso, centros como el de Investigaciones en Biotec‑ nología del Tec pueden ser acondicionados para sumarse a dicha tarea, con miras a un mejor control de las variantes del SARS‑CoV‑2 en Costa Rica.
Con voluntad de trabajo en equipo, podríamos secuenciar más de 3.000 genomas al mes
Creación de un repositorio. También, debemos trabajar más los reportes bioinformáti‑ cos mediante la creación de un repositorio con sitio web, con vistas a facilitar el acceso a los genomas virales provenientes de la vigilancia genómica, da‑ tos epidémicos y geoespaciales y herramientas bioinformáti‑ cas para el procesamiento de datos en línea, como módulos de análisis para la detección de variantes como la delta.
Una web así permitirá com‑ partir distintos protocolos de las instituciones que compon‑ gan la red de laboratorios o centros donde se realizan las secuenciaciones genómicas, y que sean parte del progra‑ ma de vigilancia nacional, del desarrollo de flujos de trabajo compartidos para comprobar la calidad de las secuencias procesadas y conocer los reac‑ tivos disponibles en cada uni‑ dad en el tiempo.
Adicionalmente, sería facti‑ ble combinar datos genómicos con datos de la epidemia en sistemas de referencia, como el EDUS de la CCSS, y el esta‑ blecimiento de bases de datos locales para la integración de información genético‑mole‑ cular con imágenes médicas de pacientes con covid‑19, y se aprovecharían mucho mejor los metadatos digitales de los pacientes para apoyar el diag‑ nóstico y tratamiento.
Todo esto en conjunto no solo ayuda a combatir la pan‑ demia; beneficia a la ciencia y la tecnología integral del país, crea posibilidades para explorar nuevas formas de se‑ cuenciación genómica, esta‑ blece puentes de colaboración y potencia el trabajo de los expertos y los actores que par‑ ticipen, lo que se traducirá en un bien para la sociedad costa‑ rricense.