¿Cómo esta tecnología está transformando el diagnóstico de enfermedades neurológicas?

La secuenciación metagenómica es una herramienta poderosa que ha revolucionado la forma en que se estudian las infecciones neurológicas. En lugar de depender de cultivos microbianos tradicionales, la secuenciación metagenómica permite la detección de una amplia gama de microorganismos de forma rápida y precisa, lo que puede ser crucial en el diagnóstico y tratamiento de ciertas infecciones, como lo son las infecciones neurológicas.

Métodos tradicionales vs. secuenciación metagenómica en infecciones neurológicas

Existen diversos métodos para la identificación de bacterias como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) (como polimorfismos de conformación de cadena única o polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción terminal) o secuenciación de ADN de productos de PCR dirigidos. Pero la secuenciación de los genes de ARNr 16S, es el principal método para realizar un censo comunitario porque los métodos de huellas dactilares no miden adecuadamente los organismos de baja abundancia.

Cuando se utiliza la secuenciación del gen ARNr 16S para comparar individuos, no es necesario saber qué organismos están presentes, sólo si los espectros de las secuencias del gen ARNr 16S son similares y el grado de diferencia entre las muestras. Se puede tolerar una pérdida de sensibilidad para la identificación de organismos, y la NGS permite un muestreo profundo rentable de grandes cohortes, lo cual es necesario para llegar a conclusiones estadísticamente significativas.

Infecciones neurológicas: diagnóstico preciso y rápido

Las infecciones neurológicas son un grupo diverso de enfermedades que afectan al sistema nervioso central y periférico. Pueden ser causadas por bacterias, virus, hongos, parásitos u otros microorganismos, y pueden tener consecuencias graves si no se diagnostican y tratan adecuada y precozmente. La secuenciación metagenómica ha demostrado ser una herramienta invaluable en la identificación de los agentes causales de estas infecciones, ya que puede identificar microorganismos que pueden ser difíciles de detectar con métodos tradicionales.

Esta se basa en la secuenciación de ADN o ARN de muestras clínicas, como sangre, líquido cefalorraquídeo o tejido cerebral, para identificar los microorganismos presentes en ellas. Esta técnica puede detectar incluso microorganismos que están presentes en cantidades muy bajas en la muestra, lo que la hace especialmente útil en el diagnóstico de infecciones neurológicas de etiología desconocida o inusitada.

Además de identificar los agentes causales de las infecciones neurológicas, la secuenciación metagenómica también puede proporcionar información sobre la resistencia a los antimicrobianos de los microorganismos identificados. Esto es crucial para guiar el tratamiento de estas infecciones y evitar la prescripción de antimicrobianos ineficaces, lo que puede contribuir a la aparición de resistencia antimicrobiana.

Resistencia antimicrobiana: un desafío en la salud pública

Las bacterias resistentes a los antibióticos representan uno de los grandes desafíos para la salud pública en todo el mundo. Hoy por hoy, se tienen en entornos hospitalarios bacterias resistentes a todos los antibióticos disponibles. Se ha estimado que el número de muertes anuales causadas por la resistencia a antibióticos en Europa asciende a 23.000 personas y en el mundo a 700.000. 

Una cifra que ha ido en aumento de manera alarmante y continua. Una estimación epidemiológica por las tendencias a nivel mundial con respecto a la resistencias bacterianas es que el año 2050, las infecciones por patógenos resistentes serán la primera causa de muerte, por encima del cáncer o las enfermedades del corazón, y causarán más de 10 millones de muertes anuales en todo el mundo.

Identificación de coinfecciones en pacientes inmunocomprometidos

Por eso la gran importancia del uso de pruebas que nos puedan brindar información específica y sensible sobre los organismos causantes de las infecciones, para así iniciar con terapias antimicrobianas eficaces y evitar la resistencia antimicrobiana, por ende la creación de superbacterias.

Otro aspecto importante de la secuenciación metagenómica en infecciones neurológicas es su capacidad para identificar coinfecciones, es decir, la presencia de más de un microorganismo en una misma muestra. Esto es especialmente relevante en pacientes inmunocomprometidos, donde las coinfecciones son más comunes y pueden complicar el diagnóstico y tratamiento de las infecciones neurológicas.

La sensibilidad y especificidad son dos conceptos fundamentales en la evaluación de cualquier prueba diagnóstica, incluida la secuenciación metagenómica. La sensibilidad se refiere a la capacidad de una prueba para detectar correctamente a las personas que tienen la enfermedad, mientras que la especificidad se refiere a la capacidad de la prueba para descartar correctamente a las personas que no tienen la enfermedad. En el caso de la secuenciación metagenómica, estos parámetros son cruciales para evaluar su utilidad en la detección de microorganismos en muestras clínicas.

La sensibilidad de la secuenciación metagenómica se refiere a su capacidad para identificar correctamente los microorganismos presentes en una muestra clínica. En otras palabras, se refiere a la probabilidad de que la secuenciación metagenómica detecte un microorganismo cuando este realmente está presente en la muestra. Una alta sensibilidad es crucial en el contexto de las infecciones neurológicas, ya que la detección precisa de los agentes causales es fundamental para un diagnóstico y tratamiento adecuados.

La especificidad de la secuenciación metagenómica, por otro lado, se refiere a su capacidad para identificar correctamente la ausencia de un microorganismo en una muestra. En otras palabras, se refiere a la probabilidad de que la secuenciación metagenómica no detecte un microorganismo cuando este realmente no está presente en la muestra. Una alta especificidad es importante para evitar falsos positivos y garantizar que los resultados de la secuenciación metagenómica sean confiables y precisos.

La sensibilidad y especificidad de la secuenciación metagenómica pueden variar dependiendo de varios factores, incluidos el tipo de muestra clínica, la calidad de los datos de secuenciación, el umbral de detección utilizado y la presencia de contaminantes en la muestra. En general, se ha demostrado que la sensibilidad de la secuenciación metagenómica es alta, lo que significa que tiene la capacidad de detectar una amplia gama de microorganismos en muestras clínicas, inclusive en bajas cantidades de muestra. Sin embargo, la especificidad puede ser más variable y puede estar influenciada por la presencia de contaminantes o por la calidad de los datos de secuenciación.

Varios estudios han evaluado la sensibilidad y especificidad de la secuenciación metagenómica en el contexto de las infecciones neurológicas. Por ejemplo, un estudio reciente encontró que la sensibilidad de la secuenciación metagenómica en la identificación de agentes infecciosos en muestras de líquido cefalorraquídeo fue del 85%, lo que sugiere que la técnica es altamente sensible en este contexto. Sin embargo, la especificidad fue del 75%, lo que indica que hubo un número significativo de falsos positivos en el estudio.

Análisis de muestras con baja cantidad de ADN: un reto superado

Otro estudio evaluó la sensibilidad y especificidad de la secuenciación metagenómica en la identificación de microorganismos en muestras de tejido cerebral de pacientes con encefalitis. Los resultados mostraron una sensibilidad del 90% y una especificidad del 80%, lo que sugiere que la técnica es altamente sensible pero ligeramente menos específica en este contexto.

En general, la sensibilidad y especificidad de la secuenciación metagenómica en infecciones neurológicas pueden variar dependiendo de varios factores, como el tipo de muestra, la calidad de los datos de secuenciación y la presencia de contaminantes. A pesar de estas limitaciones, la secuenciación metagenómica sigue siendo una herramienta poderosa en el diagnóstico de estas infecciones, ya que tiene la capacidad de detectar una amplia gama de microorganismos de forma rápida y precisa. 

Sin embargo, es importante interpretar los resultados de la secuenciación metagenómica con precaución y en conjunto con otros datos clínicos para garantizar un diagnóstico preciso y un tratamiento adecuado de las infecciones neurológicas.

Uno de los factores importantes es la poderosa herramienta para el análisis de muestras con baja cantidad de material genético, lo que la hace especialmente útil en el estudio de muestras clínicas y ambientales donde la disponibilidad de ADN es limitada. En el contexto de las infecciones neurológicas, donde las muestras clínicas como el líquido cefalorraquídeo (LCR) pueden ser escasas, la capacidad de la secuenciación metagenómica para trabajar con cantidades limitadas de ADN es crucial para la detección de microorganismos causales.

Existen varios enfoques y estrategias que se pueden utilizar para la secuenciación metagenómica de muestras con baja cantidad de material genético. Algunos de estos enfoques incluyen:

1. Amplificación de ADN: La amplificación de ADN es una estrategia común para aumentar la cantidad de material genético disponible para la secuenciación. La amplificación puede realizarse mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) u otras técnicas de amplificación, lo que permite aumentar la cantidad de ADN a partir de una muestra inicialmente escasa. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la amplificación puede introducir sesgos y contaminación, por lo que es crucial realizar controles de calidad y minimizar la posibilidad de amplificación no específica.
2. Uso de kits y protocolos especializados: Existen kits y protocolos específicamente diseñados para la extracción y amplificación de ADN a partir de muestras con baja cantidad de material genético. Estos kits suelen incluir reactivos y protocolos optimizados para maximizar el rendimiento de la extracción y amplificación, lo que puede ser especialmente útil en el caso de muestras clínicas con disponibilidad limitada.
3. Optimización de la secuenciación: Algunas plataformas de secuenciación metagenómica permiten la optimización para trabajar con cantidades limitadas de ADN. Esto puede incluir ajustes en los protocolos de preparación de la biblioteca, la concentración de ADN requerida para la secuenciación y la utilización de técnicas de secuenciación de nueva generación que son más sensibles a cantidades limitadas de ADN.

Es importante tener en cuenta que trabajar con muestras con baja cantidad de material genético presenta desafíos únicos, como el riesgo de contaminación y la posibilidad de introducir sesgos en los resultados. Por lo tanto, es crucial realizar controles de calidad rigurosos y tener en cuenta las limitaciones asociadas con la secuenciación de muestras con baja cantidad de ADN.

A pesar de estos desafíos, la secuenciación metagenómica sigue siendo una herramienta ideal para el análisis de muestras con baja cantidad de material genético. Con la continua evolución de las tecnologías de secuenciación y la optimización de los protocolos de preparación de muestras, se espera que la secuenciación metagenómica siga desempeñando un papel crucial en la detección y caracterización de microorganismos en muestras con baja cantidad de ADN.

Es una revolución el campo de las infecciones neurologicas al permitir la identificación rápida y precisa de los agentes causales de estas enfermedades. Su capacidad para detectar una amplia gama de microorganismos, incluidos aquellos presentes en cantidades muy bajas, la convierte en una herramienta invaluable en el diagnóstico y tratamiento de estas infecciones. Además, su capacidad para identificar la resistencia a los antimicrobianos y las coinfecciones la hace aún más relevante en el manejo de las infecciones neurológicas. Sin duda, la secuenciación metagenómica seguirá desempeñando un papel crucial en la investigación y el tratamiento de estas enfermedades en el futuro.

El desafío de la contaminación en la secuenciación metagenómica

El reto más grande es la contaminación de muestras, es un desafío importante en la secuenciación metagenómica, ya que la sensibilidad de la técnica puede llevar a la detección de microorganismos presentes en el entorno de procesamiento de la muestra en lugar de los microorganismos de interés. La contaminación puede provenir de diversas fuentes, como el ambiente de laboratorio, reactivos utilizados en el procesamiento de muestras, instrumentos de laboratorio, personal y material genético presente en el equipo de secuenciación.

La contaminación puede ser especialmente problemática en muestras con baja cantidad de material genético, ya que las señales de contaminantes pueden ser más prominentes en comparación con las señales de los microorganismos de interés. Esto puede llevar a interpretaciones erróneas de los resultados de la secuenciación metagenómica y a la generación de datos incorrectos.

Para minimizar el riesgo de contaminación en la secuenciación metagenómica, se pueden implementar varias estrategias y medidas de control, como:

1. Controles de contaminación: Es importante incluir controles de contaminación en cada etapa del proceso de secuenciación metagenómica, desde la extracción de ADN hasta la preparación de la biblioteca y la secuenciación. Los controles negativos, que consisten en muestras de agua u otros reactivos procesados de la misma manera que las muestras de interés pero sin material genético, pueden ayudar a identificar y controlar la contaminación.
2. Prácticas de laboratorio limpias: Es fundamental mantener un ambiente de laboratorio limpio y libre de contaminantes. Esto incluye el uso de cabinas de flujo laminar, la limpieza regular de equipos de laboratorio, el uso de pipetas estériles y la implementación de buenas prácticas de laboratorio para minimizar la contaminación cruzada.
3. Validación de resultados: Es importante validar los resultados de la secuenciación metagenómica mediante técnicas complementarias, como la PCR dirigida a microorganismos específicos, cultivos microbiológicos o pruebas serológicas. Esto puede ayudar a confirmar la presencia de los microorganismos identificados por secuenciación y a descartar posibles contaminantes.
4. Análisis de datos: Al analizar los datos de secuenciación metagenómica, es importante tener en cuenta la posibilidad de contaminación y evaluar cuidadosamente la calidad de los resultados. La identificación de patrones de contaminación y la exclusión de lecturas no deseadas pueden ayudar a mejorar la precisión de los resultados.

Pero a pesar de todos éstos factores, se pueden implementar estrategias y medidas de control para minimizar su impacto y garantizar la fiabilidad de los resultados. Al seguir buenas prácticas de laboratorio, realizar controles de contaminación y validar los resultados, es posible reducir el riesgo de contaminación y obtener datos precisos y fiables en estudios de secuenciación metagenómica.

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Artículo redactado por la Asesora y Colaboradora de Enevia Health: Dra. Julianny Albarrán 

Médico cirujano, medicina general con más de 5 años de experiencias en el área.

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Bibliografía

A systematic review and meta-analysis of the diagnostic accuracy of metagenomic next-generation sequencing for diagnosing tuberculous meningitis – PubMed (nih.gov)

234_metagenmica_de_rna_ribosom_zj2sl.pdf (colmayor.edu.co)

Genomic approaches to studying the human microbiota – PMC (nih.gov)

Alarma por la resistencia a antimicrobianos: situación actual y desafíos (scielo.edu.uy)

Uso de las tecnologías de secuenciación masiva para el diagnóstico y epidemiología de enfermedades infecciosas | Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica (elsevier.es)