Por: Ryan Robinson, PhD

Traduccion por: Carlos Bazan

 

Durante los retiros, como el último retiro de la mantequilla de Anacardo  Nutty Infusions por Listeria, muchos nos han preguntado cómo las agencias de salud encuentran bacterias en los productos. Con la nueva tecnología y el refinamiento de la tecnología actual, estamos empezando a encontrar la contaminación en alimentos con más facilidad que antes.

Una pequeña lección de historia

A finales del siglo XVII, un comerciante de telas holandés llamado Antonie van Leeuwenhoek empezó a experimentar en la fabricación de lentes de vidrio. Su intención original, como se registró en los anales de la historia, era evaluar y mejorar la calidad del hilo que estaba utilizando para fabricar productos de lino. Sin embargo los intereses de los comerciantes de tela pronto cambiaron, y él desarrolló un interés y una pasión profunda para la producción y el uso de las lentes ópticas de alta calidad para observar el mundo natural. Mientras las lentes de van Leeuwenhoek continuaban mejorando, y sus métodos se hicieron más sofisticados, también lo hizo la resolución con la que pudo observar el diminuto mundo que lo rodeaba.

En 1676, van Leeuwenhoek presentó las primeras observaciones de organismos unicelulares a la Royal Society de Londres. Este primer trabajo en la comprensión del mundo microbiológico se encontró inicialmente con escepticismo y desprecio (como lo son los descubrimientos científicos más innovadores), pero finalmente sus hallazgos fueron aceptados y celebrados por la comunidad científica en general. Las primeras observaciones, grabadas a mano por van Leeuwenhoek mientras miraba a través de su microscopio hecho a mano, le valieron el reconocimiento como el padre de la microbiología moderna. Esto motivó a estudiar más a fondo el pequeño mundo que nos rodea, y nos permitió estudiar y combatir los microorganismos que resultan en tanto sufrimiento alrededor del mundo.

Hoy en día, una rica tradición de avance tecnológico persiste en la microbiología médica. Los microscopios, similares al prototipo original de Leeuwenhoek de van pero vastamente más avanzado, juegan todavía un papel crítico en la identificación y el análisis de organismos patógenos peligrosos. Otras herramientas y técnicas modernas también se han unido a la batalla como armas en la lucha contra las causas microbianas de la enfermedad y el sufrimiento humano.

Una técnica, recientemente empleada por el Centros de Control y Prevención de Enfermedades (CDC – en Inglés) y la Administración de Drogas y Alimentos (FDA – en Inglés)  para ayudar a combatir la infección por Listeria, es la secuenciación de todo el genoma. La secuenciación del genoma entero de la bacteria Listeria, recolectada de pacientes infectados y alimentos contaminados, ayuda a los epidemiólogos a rastrear infecciones, identificar fuentes y moverse rápidamente para detener la marea de infección antes de que más personas se enfermen. La clave para la secuenciación del genoma entero de Listeria es checando, checando cambios muy pequeños (más pequeños incluso que puede ser visto por un microscopio moderno de gran alcance) en el maquillaje genético bacteriano.

¿Qué es un genoma? ¿Qué es la secuenciación del genoma?

Para comprender la secuenciación del genoma completo, primero hay que entender el gene. La mayoría de los lectores probablemente ya están familiarizados con el concepto de un gene: una cadena de ácidos nucleicos que llevan un conjunto de instrucciones para producir alguna forma de rasgo hereditario. En los seres humanos, los genes se transmiten de padres a hijos y llevan instrucciones que definen rasgos físicos como el color del ojo o el color del pelo. Los organismos bacterianos también tienen genes que se transmiten a su descendencia. Los genes de las bacterias patógenas son responsables de llevar rasgos que los hacen particularmente virulentos y peligrosos: cosas como la habilidad de resistir y reproducirse a temperaturas frías, o una resistencia a ciertos compuestos antibióticos.

El término «genoma» se utiliza para describir toda la colección de material genético (ADN) dentro de un organismo dado. Suma todos tus genes, así como cualquier ADN que no codifican para ningún rasgo específico, y tendrás tu «genoma». Por extensión, la secuenciación del genoma es el proceso de identificar el código químico secuencial específico que compone el genoma entero.

¿Cómo la secuenciación del genoma entero ayuda en la lucha contra Listeria y otros organismos bacterianos peligrosos?

La respuesta está en la capacidad de ver y observar las diferencias muy pequeñas en el ADN bacteriano. Con el tiempo, el genoma en cualquier organismo varía y cambia. Minúsculas alteraciones al azar en un organismo ADN (mutaciones) se acumulan como un subproducto de la exposición a diversos factores ambientales, o simplemente como un producto de la casualidad. Estos cambios pequeños se transmiten a la descendencia del organismo, luego a la descendencia de su descendencia, y así sucesivamente al infinito. El resultado es que una cepa hipotética de Listeria encontrada en el helado producido en Kentucky será genéticamente diferente de una cepa de la misma bacteria que se encuentra en la producción en Nuevo México.

Los cambios son, por supuesto, tan pequeños que son imperceptibles utilizando métodos microbiológicos convencionales. Ambas cepas hipotéticas se verán como Listeria a un microbiólogo mirando a través de un microscopio. Así como no todos los cambios genéticos en seres humanos son visibles a simple vista, no todos los cambios genéticos en patógenos bacterianos como Listeria son visibles a través de la lente de un microscopio. Para ver estos cambios, y para entenderlos debemos analizar cuidadosamente la secuencia del genoma de cada cepa, comparando la secuencia genética específica llevada por las dos cepas entre uno al otro.

A primera vista puede parecer inútil seguir estos pequeños cambios imperceptibles. Después de todo, ambas cepas te harán enfermar, ¿por qué preocuparnos de la minucia? Sin embargo, estos datos tienen más valor para los investigadores y epidemiólogos de lo que parece. Mediante el seguimiento de las variantes genéticas los investigadores pueden vincular las enfermedades causadas por los mismos alimentos contaminados, incluso a través de grandes distancias geográficas (si dos cepas de bacterias provienen de la misma fuente, tendrán una secuencia genética muy similar). Al comparar estos cambios genéticos con los hallados en bacterias en productos alimenticios contaminados identificados, estos investigadores también pueden rastrear rápidamente la probable fuente de un brote y ayudar a prevenir su propagación. Utilizando esta potente tecnología, los investigadores pueden monitorear cuidadosamente el desarrollo y la propagación de cepas bacterianas que transportan genes particularmente peligrosos, como los asociados con la resistencia a los antibióticos.

¿Qué promesa tiene la secuenciación del genoma entero en el futuro?

El futuro está lleno de promesa (¡pero también con bacterias)! A medida que las poblaciones continúan creciendo y los estándares de seguridad alimentaria se vuelven cada vez menos exigentes, es probable que se nos presenten con una variedad de nuevos desafíos. Los datos publicados recientemente por los CDC indican que la incidencia de ciertos tipos de enfermedades transmitidas por los alimentos está en aumento, a pesar de la prevalencia de nuevas tecnologías. Incluso cuando los brotes o las enfermedades no son la palabra del día, a menudo estamos atormentados por las noticias de productos alimenticios contaminados como los recientes incidentes de la mantequilla de Anacardo o leche cruda.

Hay una esperanza de largo alcance que la tecnología avanzada nos ayudará a tratar a aquellos con enfermedades transmitidas por los alimentos, o idealmente prevenir los alimentos contaminados por completo. En la actualidad, la secuenciación del genoma entero es usado exclusivamente para rastrear, identificar y, esperemos, prevenir la propagación de brotes de bacterias patógenas peligrosas como Listeria. Es un esfuerzo valioso por derecho propio (una onza de prevención vale una libra de cura), pero esperemos que aún permanece esquivo de su posible gran futuro.

 

Lecturas Adicionales:

Publicación por: CDC

Whole genome sequencing and Listeria

Köser, C. U., Ellington, M. J., & Peacock, S. J. (2014). Whole-genome sequencing to control antimicrobial resistance. Trends in Genetics, 30(9), 401-407. doi:10.1016/j.tig.2014.07.003

Gilmour, M. W., Graham, M., Domselaar, G. V., Tyler, S., Kent, H., Trout-Yakel, K. M., . . . Nadon, C. (2010). High-throughput genome sequencing of two Listeria monocytogenes clinical isolates during a large foodborne outbreak. BMC Genomics, 11(1), 120. doi:10.1186/1471-2164-11-120