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¿Cómo podemos combatir la pandemia del COVID-19?

El camino seguro para salir de la pandemia requiere enormes cantidades de pruebas.

Coronavirus a través de una imagen de microscopía electrónica

Las pruebas para el nuevo coronavirus, SARS-CoV-2 (que se muestra aquí en una imagen de microscopía electrónica), pueden ayudar a los científicos a rastrear la propagación del patógeno y detener la cadena de transmisión. / Foto: Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas, NIH

Eurekalert | Howard Hughes Medical Institute

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Read in english: Fighting the COVID-19 pandemic through testing

El mundo ahora está en las garras de una pandemia histórica. El número de muertos por el nuevo coronavirus ha aumentado a más de 117,000 en los Estados Unidos y 448,000 en todo el mundo. El total de casos de la enfermedad, llamada COVID-19, se ha disparado más de 2 millones en los EE.UU. y 8.3 millones a nivel mundial. Ahora se desatan debates sobre si los estados de EE.UU. han comenzado a moverse demasiado rápido para reabrir restaurantes, tiendas, barberías y la miríada de otros motores de la vida y el comercio después de semanas de cierre.

Pero hay un área generalizada en la que muchos concuerdan, dice Robert Tjian, investigador del Instituto Médico Howard Hughes de la Universidad de California, Berkeley: el camino seguro para salir de la pandemia requiere enormes cantidades de pruebas . El 1 de mayo de 2020, en la revista RNA, Tjian, coautora del estudio Meagan Esbin, y sus colegas revisaron los avances recientes en las técnicas de prueba COVID-19 y destacaron las barreras que enfrentan las pruebas generalizadas. Para rastrear la propagación del patógeno y detener la cadena de transmisión, es crucial analizar tanto el virus del SARS-CoV-2 como la evidencia de que las personas han sido infectadas previamente, explica Tjian.

Los países que hasta ahora han anulado con éxito sus brotes, como Nueva Zelanda, Taiwán, Corea del Sur e Islandia, han hecho el mejor trabajo de identificación de casos. Por el contrario, "a Estados Unidos le ha ido bastante mal", dice Lawrence Gostin, profesor de medicina y experto en salud pública de la Universidad de Georgetown.

Ese fracaso no es por falta de esfuerzo en la comunidad científica. Decenas de investigadores de todo el país han abandonado lo que estaban haciendo para enfrentar el desafío en los Estados Unidos, dice Tjian. De hecho, agrega, al compilar los numerosos estudios descritos en el artículo de su grupo, estaba "sorprendido de lo rápido que tantos laboratorios se transformaron para trabajar en el COVID-19".

Estos laboratorios han ideado nuevos enfoques innovadores para las pruebas, así como para superar los cuellos de botella que obstaculizaron los esfuerzos de prueba al principio de la pandemia. Algunos laboratorios, como Berkeley, han establecido sus propias operaciones de pruebas rápidas para servir a las comunidades locales, publicando rápidamente sus métodos "para que no todos tengan que reinventar la rueda", dice Tjian. Estos y muchos otros esfuerzos están ayudando a responder algunas de las preguntas básicas sobre la lucha contra la pandemia.

¿Por qué es tan importante la prueba?

El SARS-CoV-2 es un virus especialmente pernicioso. Es altamente contagioso y relativamente letal, con una tasa de mortalidad aún incierta pero superior a la de la gripe: 10 veces o más, según sugieren algunos datos. Pero la característica más astuta del virus es que puede ser transmitido por personas que ni siquiera saben que están infectadas. En contraste, las víctimas del virus SARS original en 2003 no fueron contagiosas hasta que aparecieron síntomas graves, lo que facilitó el aislamiento de esas personas y cortó la cadena de transmisión.

En los Estados Unidos, el número de casos confirmados de coronavirus ha superado los dos millones. La densidad de mayúsculas y minúsculas se muestra en rojo. Vea el tablero completo con el recuento de casos por país. Crédito: Universidad Johns Hopkins

"Que las personas puedan tener COVID-19 sin síntomas es uno de los aspectos más desafiantes para prevenir la propagación", explica Eric Topol, fundador y director del Scripps Research Translational Institute. Una persona infectada sin saberlo puede infectar a docenas de personas, como lo demuestran los eventos de "superpropagación", como una práctica de coro en el estado de Washington, con 32 casos confirmados, y un hombre que visitó varios clubes nocturnos de Corea del Sur, infectando a más de 100 personas.

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Además, las pruebas pueden detectar el SARS-CoV-2 solo cuando una persona infectada está produciendo activamente muchos virus, dice Tjian. Es por eso que tres tipos de pruebas son vitales, dice. Las personas con cualquier síntoma de COVID-19 deben hacerse la prueba para detectar nuevos casos lo antes posible. Las personas que han estado en contacto con una persona infectada también deben hacerse la prueba, incluso si no tienen síntomas. Y, finalmente, dice, los proveedores de atención médica deben evaluar a las personas para detectar anticuerpos contra el virus, para identificar a aquellos que ya han sido infectados.

¿Cómo prueban los científicos el nuevo coronavirus?

El SARS-CoV-2 se reproduce al ingresar a las células humanas y luego secuestrar la maquinaria de las células para hacer muchas copias de su material genético, llamado ARN. Los científicos han diseñado varios métodos de prueba para detectar este ARN viral distintivo. El método utilizado en casi todas las pruebas hasta la fecha y considerado el "estándar de oro" se basa en una técnica para amplificar pequeñas cantidades de genes virales. Primero, un hisopo recolecta células infectadas de la garganta de una persona, reuniendo fragmentos de ARN viral. Ese material genético generalmente se purifica y luego se copia del ARN en ADN complementario. Luego, el ADN se copia millones de veces usando un método estándar conocido como reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Finalmente, se agrega una sonda fluorescente que emite un brillo revelador cuando hay copias de ADN del ARN viral.

La PCR no es el único enfoque viable. Los científicos del MIT y otras universidades también han reutilizado la técnica de edición de genes llamada CRISPR para detectar rápidamente el SARS-CoV-2. CRISPR utiliza enzimas de ingeniería para cortar el ADN en puntos precisos. El enfoque de prueba aprovecha esa capacidad de buscar un fragmento específico de código genético, en este caso un ARN viral, utilizando una enzima que fluoresce cuando encuentra el objetivo distintivo de SARS-CoV-2. A principios de mayo, la Administración de Alimentos y Medicamentos autorizó la prueba de emergencia desarrollada por el equipo del MIT, dirigido por el investigador del HHMI Feng Zhang.

Otra técnica de prueba lee rápidamente cada "letra" de ARN del genoma viral, utilizando un proceso llamado secuenciación genética. Eso es excesivo para detectar el virus, pero ha sido particularmente útil para trazar la implacable marcha del virus en todo el mundo. Y algunos investigadores están experimentando con ingeniosos "nanointerruptores" de ADN que pueden cambiar de una forma a otra y generar un brillo fluorescente cuando detectan un fragmento de ARN viral.

Los científicos también pueden ver signos reveladores de infección en la sangre. Una vez que las personas han sido infectadas, sus sistemas inmunes responden creando anticuerpos diseñados para neutralizar el virus. Las pruebas de anticuerpos detectan esa respuesta inmune en muestras de sangre usando una proteína diseñada para unirse a los anticuerpos contra el SARS-CoV-2. Sin embargo, crear una prueba de anticuerpos que sea sensible y precisa puede ser complicado.

Aunque las pruebas de coronavirus en los Estados Unidos han tenido problemas para alcanzar los niveles necesarios, "la ciencia no es la parte complicada", dice Tjian. "Como cualquier otra cosa en la investigación, hay más de una solución". En cambio, el verdadero problema ha sido acelerar el ritmo de las pruebas.

¿Cuál es el historial de EE.UU. en pruebas diagnóstico?

Incluso cuando el virus arrasó con Wuhan, China, en enero de 2020 y comenzó a matar estadounidenses en febrero (o tal vez incluso antes), el gobierno de EE.UU. no se preparó para la pandemia en expansión. Básicamente, "no hubo respuesta" del gobierno federal, dice Tjian. "No se podría haber imaginado que un pero equipo de liderazgo estaría lidiando con esta pandemia mundial".

La Administración Trump se negó a utilizar una prueba basada en PCR desarrollada por la Organización Mundial de la Salud (OMS), por ejemplo, y una prueba producida por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de los Estados Unidos resultó ser defectuosa. La falta de un esfuerzo nacional coordinado dejó a los estados, las empresas y los laboratorios universitarios luchando para llenar el vacío.

A medida que los laboratorios y los estados de los EE.UU. Corrieron para aumentar sus capacidades de prueba, se encontraron con cuellos de botella y obstáculos. Por ejemplo, "solo unas pocas casas de suministros estaban proporcionando los reactivos [necesarios para las reacciones de PCR] y los suministros eran lamentablemente inadecuados", dice Tjian. Incluso el equipo básico, como los hisopos utilizados para recolectar muestras, era difícil de encontrar. "Eso fue algo que nos tomó por sorpresa", recuerda Tjian. "¿Quién hubiera imaginado que la pieza más limitada en la velocidad de todo este rompecabezas era el hisopo?" Resultó que el principal productor de hisopos aprobado por los CDC era una fábrica en el norte de Italia, una región entre las más afectadas por el virus.

Sin pruebas suficientes, hubo una "brecha trágica de datos que debilitaba la respuesta pandémica de Estados Unidos", escribe el investigador del servicio de salud Eric C. Schneider en un comentario en la edición del 15 de mayo del New England Journal of Medicine. En lugar de poder evaluar a todas las personas con síntomas y a todas aquellas con las que habían estado en contacto, como lo hicieron países como Corea del Sur, la escasez significó reservar pruebas para pacientes hospitalizados y ayudar a evitar que los trabajadores de la salud transmitan el COVID-19, explica.

La falta de datos sobre los números de casos ha dificultado modelar el camino de la pandemia, escribe Schneider, del Commonwealth Fund, una fundación privada destinada a mejorar el sistema de atención médica. Como resultado, ha sido difícil anticipar dónde se necesitan más servicios médicos de emergencia, camas de hospital y ventiladores.

A mediados de mayo, la capacidad de prueba en los Estados Unidos finalmente había aumentado de unos pocos miles por día a unos 300,000 por día. Aún así, eso está muy lejos de lo que se necesita. El mapa de la ruta de Harvard para la resiliencia pandémica estima, por ejemplo, que el país requerirá pruebas a una tasa de "20 millones por día para movilizar completamente la economía". Para reabrir de manera segura, "necesitamos capacidades de prueba masivas que actualmente no existen", dice Gostin de Georgetown, uno de los autores del informe.

¿Cómo pueden los científicos superar los cuellos de botella en las pruebas?

Los científicos de todo el mundo han respondido a los desafíos planteados por el nuevo coronavirus. El grupo Berkeley, por ejemplo, aumentó drásticamente su capacidad de prueba y redujo los costos a cerca de $ 1 por prueba con mejoras como omitir un paso, la purificación de ARN, y hacer sus propios reactivos. "No es ciencia de cohetes, pero nos llevó cinco semanas descubrir los detalles porque las compañías comerciales no le dicen qué contienen sus reactivos", explica Tjian. El equipo de investigación ha puesto su prueba casera a disposición de cualquier laboratorio que quiera replicarla.

Mientras tanto, los grupos de Rutgers, Yale (incluido el investigador del HHMI Akiko Iwasaki) y otros centros han eliminado la necesidad de tomar muestras de la garganta al demostrar que las muestras de saliva funcionan igual de bien. Eso abre más la puerta a las pruebas en el hogar, ya que escupir en un tubo y enviarlo por correo a un laboratorio es mucho más fácil que frotar.

También se están haciendo progresos en la prueba de anticuerpos. La mayoría de las docenas de las llamadas pruebas de serología inicialmente en el mercado no tenían la sensibilidad y la especificidad para seleccionar solo aquellos anticuerpos dirigidos contra el SARS-CoV-2. El desafío es que las pruebas requieren el uso de copias de una proteína viral que se une a los anticuerpos. Resulta que una clave para resolver ese problema es usar células de mamíferos para producir la proteína viral con la forma precisa necesaria para concentrarse solo en los anticuerpos contra el SARS-CoV-2.

¿Cómo ayudarán las pruebas a domar la pandemia?

La estrategia básica para superar COVID-19 es identificar a las personas infectadas, encontrar y evaluar a las personas con las que tuvieron contacto y poner en cuarentena a las personas infectadas. Eso no es práctico para las grandes ciudades o países enteros, dado el asombroso número de pruebas necesarias, desafíos logísticos y cuestiones espinosas de privacidad. Pero hay formas inteligentes de lanzar una red más amplia sin tantas pruebas individuales.

Una es agrupar muchas muestras en un grupo, de modo que grandes grupos de personas puedan ser monitoreadas con una sola prueba. Luego, si el virus aparece en el grupo, los funcionarios de salud pública pueden evaluar a las personas de ese grupo para detectar las infecciones.

Quizás aún más poderoso es monitorear las aguas residuales. El virus puede aparecer en las heces de una persona dentro de los tres días posteriores a la infección, mucho antes del inicio de los primeros síntomas. Los científicos podrían usar la prueba de PCR estándar en muestras de aguas residuales para detectar el virus. Y al recolectar muestras de ubicaciones específicas, como pozos de registro, diseminadas por una comunidad, sería posible reducir la ubicación de cualquier infección a unas pocas cuadras o incluso a edificios individuales, como un complejo de apartamentos o un dormitorio universitario. "Puede determinar la carga viral y cómo está cambiando con el tiempo con una prueba al día", dice Tjian. "Eso sería sorprendente."

Tjian y muchos otros ahora están descubriendo cómo se podrían usar estos enfoques para reabrir de manera segura una universidad o un negocio. Los esfuerzos de una prueba a gran escala serían intensivos en mano de obra y no baratos, dice, pero mucho más baratos que bloquear toda una economía, y mucho más seguros que reabrir sin pruebas adecuadas, como ahora lo hacen algunos estados. Y a medida que los científicos continúan aumentando las capacidades de pruebas y creando pruebas más baratas y mejores, esta estrategia pronto debería estar al alcance.

 

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