Secuenciación de genomas y caracterización genética del virus de la influenza

Secuenciación de genomas

Los virus de la influenza cambian constantemente; de hecho, todos los virus de la influenza sufren cambios genéticos con el tiempo (para obtener más información, vea Cómo puede mutar el virus de la influenza: variaciones menores y mayores). El genoma de un virus de la influenza consta de todos los genes que conforman el virus. Los CDC vigilan los virus de la influenza en circulación durante todo el año para monitorear los cambios que sufre el genoma de estos virus. Esta tarea se realiza como parte de la vigilancia de rutina de la influenza en los Estados Unidos y de la función de los CDC como un centro que colabora con la Organización Mundial de la Salud (OMS) para la vigilancia, epidemiología y control de la influenza. La información que los CDC obtienen del estudio de los cambios genéticos (también conocidos como "sustituciones" o "mutaciones") en los virus de la influenza tiene un rol fundamental para la salud pública porque ayuda a determinar si las vacunas y los medicamentos antivirales funcionarán contra los virus de la influenza en circulación, además de ayudar a determinar la posibilidad de que los virus de la influenza en animales infecten a seres humanos.

La secuenciación de genomas es un proceso que determina el orden o la secuencia de los nucleótidos (p. ej., A, C, G y T/U) en cada uno de los genes presentes en el genoma del virus. Los nucleótidos son moléculas orgánicas que forman el bloque estructural de los ácidos nucleicos, como ARN o ADN. Todos los virus de la influenza constan del ARN de cadena simple a diferencia del ADN de cadena doble. Los genes del ARN de los virus de la influenza están constituidos por cadenas de nucleótidos que están unidas entre sí y cifradas por las letras A, C, G y U (adenina, citosina, guanina y uracilo, respectivamente). La secuenciación completa del genoma puede revelar la secuencia de alrededor de 13 500 letras de todos los genes del genoma del virus.

Los dos tipos de influenza (A y B) que causan epidemias estacionales tienen ocho segmentos de genes de ARN. Estos genes contienen "instrucciones" para fabricar virus nuevos y así propagar la infección. Las proteínas en la superficie de un virus de la influenza, la hemaglutinina (HA) y la neuraminidasa (NA), determinan propiedades importantes del virus y están incluidas en la mayoría de las vacunas de cada temporada, y por eso se analizan más detalladamente. En un año típico, los CDC completan la secuenciación genómica de aproximadamente 7 000 virus de la influenza a partir de muestras clínicas originales obtenidas mediante la vigilancia virológica.

Comparar los nucleótidos del gen de un virus con los de otro virus puede revelar variaciones entre ambos virus. Las variaciones genéticas son importantes porque modifican los aminoácidos que componen las proteínas de los virus de la influenza, lo que resulta en cambios estructurales en la proteína y por consiguiente altera las propiedades del virus. Algunas de estas propiedades incluyen la capacidad de evadir la inmunidad humana, de propagarse entre las personas, así como la susceptibilidad a los medicamentos antivirales. A veces los cambios en las proteínas se dan como sustituciones, inserciones o eliminación de aminoácidos.

Iniciativa AMD de los CDC. Los CDC mejoran las vacunas contra la influenza a través de la secuenciación de última generación y las proteínas. Siga el enlace a Más información.

Iniciativa AMD de los CDC. Los CDC mejoran las vacunas contra la influenza a través de la secuenciación de última generación y las proteínas. Siga el enlace a Más información.

La secuenciación de genomas revela la secuencia de los nucleótidos en un gen, al igual que las letras del alfabeto en las palabras. La comparación de la composición de nucleótidos en el gen de un virus con el orden de los nucleótidos de otro gen puede demostrar ciertas variaciones entre los dos virus.

Las variaciones genéticas son importantes porque afectan la estructura de las proteínas de superficie del virus de la influenza. Las proteínas están formadas por secuencias de aminoácidos.

La sustitución de un aminoácido por otro puede afectar las características de un virus, como por ejemplo cuán bien se propaga un virus entre las personas y cuán susceptible es el virus a los medicamentos antivirales o a las vacunas actuales.

Caracterización genética

Los CDC y otros laboratorios de salud pública de todo el mundo han secuenciado los segmentos genéticos de los virus de la influenza desde la década de 1980. Los CDC aportan secuencias genéticas para las bases de datos públicos, como GenBankícono de sitio externo y la Iniciativa Global para Compartir Datos sobre la Gripe Aviar (GISAID)ícono de sitio externo, para que los investigadores y científicos de salud pública las analicen. Las secuencias depositadas en estas bases de datos permiten a los CDC y otros investigadores comparar los genes de los virus de la influenza actualmente en circulación con los genes de virus de la influenza anteriores, y los que se utilizan en las vacunas. El proceso de comparar las secuencias genéticas se llama caracterización genética. Los CDC usan la caracterización genética por varios motivos:

  • Para determinar qué tan estrechamente "relacionados" genéticamente están los virus de la influenza o qué grado de similitud hay entre ellos
  • Para monitorear la evolución y cambios de los virus de la influenza a lo largo del tiempo
  • Para identificar cambios genéticos que afectan las propiedades del virus. Por ejemplo, para identificar los cambios específicos asociados a los virus de la influenza que se propagan con mayor facilidad, causan enfermedades más graves o desarrollan resistencia a los medicamentos antivirales.
  • Para evaluar la efectividad de una vacuna contra un virus de la influenza en particular, con base en su similitud genética al virus.
  • Para monitorear los cambios genéticos en los virus de la influenza en circulación en poblaciones de animales que podrían permitir que el virus infecte a los seres humanos.

Existe un gráfico, llamado "árbol filogenético", en el que se pueden mostrar las diferencias genéticas entre un grupo de virus de la influenza. Los árboles filogenéticos para los virus de la influenza se asemejan a los árboles familiares (genealógicos) de las personas. Estos árboles muestran cuán estrecha es la relación entre cada uno de los virus. Cada secuencia de un virus de la influenza específico tiene asignada una rama del árbol. Los virus se agrupan comparando los cambios en los nucleótidos dentro del gen. Donde se unen las ramas, estos "nodos" representan el antepasado común de los virus e indican que los virus comparten secuencias genéticas similares. Los virus que comparten antepasados comunes también se pueden describir como pertenecientes al mismo clado. El grado de diferencia genética (cantidad de diferencias en los nucleótidos) entre los virus se representa con el largo de las líneas horizontales (ramas) en el árbol filogenético. Mientras más alejados están los virus en el eje horizontal del árbol filogenético, más diferentes genéticamente son unos de otros.

Los árboles filogenéticos de los virus de la influenza por lo general permiten ver la similitud de las secuencias de nucleótidos de genes de hemaglutinina (HA) del virus de la vacuna y de los virus en circulación.

Figura 1. Árbol filogenético.

Figura 1: un árbol filogenético.

Por ejemplo, una vez que los CDC secuencian un virus de la influenza A(H3N2) obtenido a través de la vigilancia, se cataloga la secuencia del virus con otras secuencias que tengan un gen de HA similar (H3) y un gen de NA similar (N2). Como parte de este proceso, los CDC comparan la secuencia del nuevo virus con las secuencias de los otros virus y buscan diferencias entre ellas. Luego, los CDC usan un árbol filogenético para representar visualmente la similitud genética de los virus A(H3N2) entre sí. En la figura 1, el virus b es más similar genéticamente al virus c que al d. Los virus b y c comparten un antepasado común y la longitud total de las ramas horizontales es poca.

Los CDC caracterizan genéticamente a los virus de la influenza todo el año. Estos datos genéticos se analizan junto con los datos de caracterización antigénica de los virus, además de otros datos, como los de serología humana, para determinar qué virus deben contener las vacunas contra la influenza de cada año. El análisis y la selección se realizan dos veces al año para recomendar virus para la vacuna tanto para el hemisferio norte como para el hemisferio sur. En los meses anteriores a las reuniones de consultas sobre las vacunas organizadas por la OMS, donde se hacen las recomendaciones, los CDC obtienen virus de la influenza mediante vigilancia y comparan las secuencias de genes de HA y NA de los virus de las vacunas actuales con los de los virus de la influenza en circulación. Esta es una de las formas en las que los CDC evalúan si los virus de la influenza en circulación están relacionados con los virus de la fórmula de la vacuna contra la influenza estacional, y cuánto.

A veces, en el curso de una temporada, los virus de la influenza en circulación cambian genéticamente y requieren más análisis para determinar si siguen siendo antigénicamente similares a los virus de la influenza actuales, o si es necesario incluir un virus nuevo en la vacuna de la próxima temporada de la influenza. Hay muchos otros datos, como los hallazgos de los estudios de caracterización antigénica y los datos de serología humana, que contribuyen a las decisiones de selección de las vacunas. La caracterización antigénica hace referencia al análisis de la reacción de un virus ante la presencia de anticuerpos para ayudar a evaluar su relación con el virus de la vacuna y con otros virus de la influenza en circulación.

Métodos de secuenciación de genomas de la influenza

Una muestra de influenza contiene muchas partículas de virus de la influenza que crecieron en un tubo de ensayo y que, a menudo, presentan pequeñas diferencias genéticas entre sí en toda la población de virus semejantes.

Debido a la naturaleza constantemente cambiante de los virus de la influenza, cada muestra obtenida de un paciente contiene muchas partículas de virus de la influenza con pequeñas diferencias genéticas entre sí. Tradicionalmente, los científicos han utilizado la técnica de secuenciación conocida como "el método Sanger" para monitorear la evolución de la influenza como parte de la caracterización genética. El método de secuenciación Sanger identifica la secuencia genética predominante entre los muchos virus de la influenza presentes en la muestra del virus. Esto quiere decir que las pequeñas variaciones en la población de virus presentes en una muestra no se ven reflejadas en el resultado final. Las nuevas tecnologías (como la secuenciación de próxima generación, que se describe más abajo) permiten detectar mejor pequeñas variaciones en los genes de los virus y ofrecen ventajas para la secuenciación genómica completa.

Desde 2014, los CDC han utilizado metodologías de "secuenciación genética de próxima generación (NGS, por sus siglas en inglés)", que han ampliado enormemente la cantidad de información y el nivel de detalle que puede aportar el análisis de secuenciación.

En un año típico, los CDC completan la secuenciación genómica de aproximadamente 7 000 virus de la influenza a partir de muestras clínicas originales obtenidas mediante la vigilancia virológica. La NGS utiliza la detección molecular avanzada (AMD) para identificar las secuencias de genes de cada uno de los virus que componen una muestra. Por consiguiente, la NGS revela las variaciones genéticas entre muchas partículas diferentes del virus de la influenza en una misma muestra y puede aumentar la velocidad y precisión de la secuenciación de cada una de las regiones de codificación de las proteínas del virus. Este nivel de detalle puede beneficiar directamente la toma de decisiones de salud pública de maneras importantes, pero la interpretación de los datos debe ser cuidadosa y en el contexto de otra información disponible, y estar a cargo de expertos capacitados. Vea Proyectos AMD: mejorar las vacunas contra la influenza para obtener más información sobre cómo la NGS y la AMD están revolucionando el esquema del genoma de la influenza en los CDC.

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