Evolución de la gripe: cómo los científicos usan la secuenciación del genoma para predecir el futuro

La evolución suele ser muy lenta, un proceso de cambio que lleva miles o millones de años en verse.

Pero para la gripe, la evolución es rápida y mortal. Los virus de la gripe cambian rápidamente para escapar de las defensas del cuerpo. Cada pocos años, surgen nuevas variantes de la gripe que causan epidemias en todo el mundo.

Controlar la propagación de la gripe significa lidiar con esta evolución continua. Cada año, los expertos de la Organización Mundial de la Salud (OMS) deben hacer su mejor conjetura acerca de cómo cambiará el virus para elegir qué cepas de gripe incluir en la vacuna anual.

Este trabajo es difícil e incierto, y los errores tienen consecuencias reales. En todo el mundo, la gripe infecta a varios millones de personas cada año y causa cientos de miles de muertes. En los años en que las predicciones no alcanzan la marca y la vacuna contra la gripe es muy diferente de las cepas circulantes, más personas son vulnerables a la infección.

En los últimos años, los avances en la secuenciación del genoma han comenzado a arrojar luz sobre los inicios de la evolución viral, profundamente dentro de las infecciones individuales. Nos preguntamos si, para la gripe, esta información podría darnos una idea temprana de las tendencias evolutivas globales futuras.

¿Qué podría decirnos la infección de la gripe de una sola persona sobre cómo el virus cambia en todo el mundo? Como resultado, una cantidad sorprendente.

Mirando profundamente dentro de una infección

Cada paso en la evolución de la gripe comienza con un error. A medida que los virus se copian a sí mismos dentro de una persona infectada, a veces se mutan, creando pequeños cambios en su proyecto genético.

La mayoría de las mutaciones son dañinas para el virus porque rompen la maquinaria que necesita para funcionar. Pero de vez en cuando, un virus mutante sobrevive, e incluso prospera. Los virus juegan un juego constante de gato y ratón con el sistema inmunológico humano. A veces, un virus mutante puede ser lo suficientemente diferente como para escapar de la atención del cuerpo.

Un virus mutante con este tipo de ventaja puede multiplicarse rápidamente y dominar la infección. Eventualmente, puede incluso propagarse de persona a persona, y desde allí, comenzar a propagarse por todo el mundo.

Recientemente, se ha vuelto más fácil rastrear cómo cambian los virus dentro del cuerpo humano. Los mismos avances que han hecho que la secuenciación de genomas humanos sea barata y fácil están cambiando la forma en que estudiamos los virus. Para el costo de la secuenciación de un solo genoma humano, podemos secuenciar miles de virus a lo largo de una infección para rastrear nuevas mutaciones a medida que surgen.

Estas mutaciones pueden mostrarnos cómo reacciona el virus a los entornos difíciles dentro del cuerpo humano. Para el VIH, donde las infecciones a menudo duran años o incluso décadas, la evolución puede ser sustancial, incluso dentro de una sola persona. En particular, los virus a menudo desarrollan resistencia a los medicamentos en respuesta al tratamiento antiviral.

Seguimiento de la evolución de la gripe en 4 infecciones largas

Recientemente rastreamos la evolución viral en cuatro pacientes con cáncer que tuvieron infecciones de gripe que duraron varios meses. La mayoría de las infecciones de gripe duran aproximadamente una semana, lo que limita la cantidad de cambios que pueden ocurrir. Pero en pacientes con sistemas inmunitarios débiles, las infecciones pueden durar mucho tiempo, con efectos severos.

¿Cómo cambió la gripe dentro de estas infecciones largas? Al secuenciar los virus de diferentes momentos durante la infección y al comparar sus genomas, pudimos identificar nuevas mutaciones y rastrear sus destinos.

La evolución actuó en cuestión de semanas. Un claro ejemplo fue la resistencia a Tamiflu. Los pacientes que estudiamos estaban tomando el medicamento para controlar sus infecciones. Pero, como en estudios anteriores, eventualmente surgieron virus que portan mutaciones de resistencia a los medicamentos. Estas mutaciones podrían explicar en parte por qué las infecciones duraron tanto.

Las mutaciones de resistencia a los medicamentos no fueron los únicos cambios evolutivos que vimos. Media docena de virus mutantes, todos ligeramente diferentes entre sí, a veces competían simultáneamente en una sola persona.

Estos virus competidores hicieron de la evolución un asunto complicado. Una mutación que comenzó a extenderse una semana a veces se extinguiría en la siguiente. Presumiblemente, fue superado por una mutación aún mejor.

En algunos casos, encontramos las mismas mutaciones exactas en los virus de diferentes pacientes en nuestro estudio, aunque podemos decir que los pacientes no se infectaron entre sí. Solo raras veces esperamos que ocurran semejantes similitudes debido al azar. Los virus pueden haber golpeado en adaptaciones similares en respuesta a los desafíos evolutivos. Algunas de estas mutaciones pueden haber ayudado al virus a evitar el sistema inmunológico, haciéndose eco de otros estudios.

Pronosticando el futuro

Además, muchas mutaciones dentro de estos pacientes se combinaron con mutaciones que luego se propagaron por todo el mundo. En los picos de la capa externa de la gripe, que ayudan al virus a entrar en las células huésped, la mutación N225D surgió en tres de los cuatro pacientes de nuestro estudio. Para el año 2015, aproximadamente 8 años después de la infección de nuestros pacientes, la mayoría de los virus de la gripe en todo el mundo tuvieron el mismo cambio.

Para nosotros, esto fue inesperado. La evolución está llena de concesiones, y algunas mutaciones que ayudan a la gripe a adaptarse dentro de las personas pueden retardar su transmisión de persona a persona. Tampoco sabíamos si la evolución en infecciones de gripe tan inusualmente largas coincidiría con los patrones de cambio en todo el mundo.

Pero en nuestro estudio, la evolución de la gripe en personas individuales mostró sorprendentes similitudes con la evolución en todo el mundo. Podríamos ver indicios de algunas tendencias evolutivas globales dentro de unos pocos individuos.

A medida que las tecnologías continúan mejorando, cada vez es más fácil observar las infecciones de la gripe, como lo hicimos nosotros. Los laboratorios de la OMS secuencian las cepas de la gripe de miles de personas cada año para monitorear la evolución de la gripe. Los investigadores están secuenciando más y más tensiones de manera que nos permiten detectar mutaciones a medida que surgen por primera vez dentro de personas individuales.

Cada una de estas miles de infecciones es como un experimento evolutivo separado. Al comparar las mutaciones que aparecen en diferentes infecciones, podemos tener una idea de las posibilidades y limitaciones evolutivas.

En algún lugar en el futuro, este tipo de información puede ayudar a pronosticar la evolución de la gripe. Por ahora, al menos, está descubriendo algunos de los procesos dinámicos de evolución que tienen lugar dentro de cada uno de nosotros.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation por Katherine Xue y Jesse Bloom. Lee el artículo original aquí.