Una aplicación informática permite seguir en tiempo real la evolución de una pandemia

En los últimos años la genética y la geografía se han dado la mano para seguir la pista a los agentes patógenos, aquellos microorganismos o virus que causan enfermedades infecciosas. En lo que se refiere a secuenciación genómica, los grandes protagonistas han sido el virus culpable del síndrome respiratorio agudo severo (SRAS) y varias cepas del virus de la gripe A.

Por otra parte, el creciente contacto entre humanos y animales, debido en parte a la globalización del turismo, ha desviado la atención de los investigadores hacia el estudio del salto del agente patógeno al hombre. Por ejemplo, ahora mismo ya se conoce que el SARS tiene su origen evolutivo en los murciélagos.

Pero las nuevas alianzas entre la genética y la geografía no sólo permiten situar en el mapa las diferentes cepas de patógenos sino que, además, contribuyen a predecir los puntos donde una determinada enfermedad puede reaparecer.

Ahora, una nueva investigación de la Universidad Estatal de Ohio y del Museo Americano de Historia Natural ha permitido dar un paso más en el uso de la información genética para el estudio de brotes infecciosos. Según se explica en un artículo publicado en Cladistics, los científicos han desarrollado una aplicación web que traza mapas de las mutaciones genéticas de las diferentes cepas de la gripe aviar en el mundo. El sistema aprovecha la capacidad de los sistemas de computación de alto rendimiento de la citada universidad y del Centro de Supercomputación de Ohio, para estudiar la evolución de los patógenos en el tiempo y en el espacio.

Supramap y Google Earth

El sistema, denominado Supramap, integra secuencias genéticas de organismos patógenos con la información geográfica relacionada para que los investigadores puedan rastrear la propagación de una enfermedad entre los diferentes ordenadores y seguir así la aparición de mutaciones importantes a lo largo de todo el globo terráqueo, a la vez que estudian su evolución en tiempo.

Con Supramap los usuarios pueden enviar datos en bruto de secuencias genéticas y obtener un árbol filogenético de las cepas de patógenos, es decir, un esquema que muestra las relaciones evolutivas entre varias especies de las que se cree que comparten una ascendencia común. La aplicación proyecta el árbol resultante sobre el mapa del mundo, que se puede ver en Google Earth. Cada rama del árbol evolutivo es geolocalizada y fechada. Las ventanas pop-up y el color de las ramas muestran cómo las cepas de patógenos mutan en el espacio y en el tiempo e infectan a nuevos huéspedes.

Los científicos probaron la capacidad de Supramap introduciendo datos genéticos y geográficos sin tratar sobre los últimos casos conocidos de gripe aviar. La representación gráfica de la diversidad de cepas del virus de aves y mamíferos en China, Rusia, Oriente Medio, África y Europa permite ver sobre el mapa cómo se extendió hacia el oeste durante más de cuatro años.

El árbol de la evolución, a partir de 239 secuencias de un gen específico, mostró que los cambios de huésped estuvieron altamente correlacionados con una mutación específica (en E627K) que permitió a los virus aviares adaptarse a los mamíferos.

Localización y predicción

Supramap hace algo más que poner puntos en un mapa. Ward Wheele, uno de los autores de la investigación y doctor de la División de Zoología de Invertebrados del Museo Americano de Historia Natural, destaca su gran poder de predicción: "Si el movimiento de un agente patógeno se relaciona con las rutas migratorias de aves, y las rutas están cambiando debido a algo como el cambio climático, podemos predecir lógicamente dónde podría surgir la enfermedad”.

Pero además Supramap no requiere grandes conocimientos técnicos, como afirma otro de los padres del estudio, el profesor asociado de la Universidad Estatal de Ohio Daniel A. Janies, en un comunicado. “Tenemos el paquete de herramientas concentrado en una aplicación web fácil de usar. No se necesita un doctorado en biología evolutiva o informática para comprender la trayectoria y la transmisión de una enfermedad".

Su institución educativa pone al servicio de la salud pública la potencia de sus ordenadores. "Existen muchos esfuerzos de los gobiernos y las organizaciones no gubernamentales para fomentar el intercambio de la información genómica en bruto, especialmente para patógenos", dice Janies. "Pero estos datos todavía necesitan ser interpretados. Por eso estamos compartiendo nuestros conocimientos y nuestras computadoras para informar sobre los posibles puntos dónde puede aparecer la enfermedad en animales y las áreas donde se está produciendo resistencia a los medicamentos”.

Wheeler, por su parte, resalta las nuevas vías de investigación que Supramap ha abierto en el museo, centrado tradicionalmente en la biodiversidad y la filogenia, es decir, en el estudio de las relaciones evolutivas entre los organismos y la geografía. "Nuestra experiencia se está aplicando ahora a un nuevo y práctico modo de resolver preguntas en torno a la propagación de la enfermedad y la salud humana. Y esto puede ampliarse para echar una mano en otros problemas como el movimiento de especies invasoras", vaticina.

Además de estas dos instituciones, colaboran en el proyecto el Instituto de Ciencias de la Educación y la Investigación en la India, la Universidad Federal de Minas Gerais en Brasil, la Universidad de Nueva York, la agencia DARPA (Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa) y Google.org.