El Centro VISAVET de la Universidad Complutense ha puesto en marcha gen4epi | campus, un entorno docente en el que los estudiantes analizan genomas de bacterias patógenas desde el navegador. Se encuentra en fase de pruebas con sus primeros estudiantes y aún no es de acceso libre. Otros docentes pueden utilizarlo en sus asignaturas previa solicitud. Es uno de los tres entornos independientes de la plataforma gen4epi, junto al que se usa en la vigilancia sanitaria autonómica y al que da apoyo a los grupos de investigación del centro. 

Cuando se detecta una bacteria patógena en un alimento, en un animal o en una persona, identificarla es el primer paso para determinar su importancia sanitaria. A partir de ahí, nos pueden surgir otras preguntas: ¿está relacionada con las bacterias encontradas en otras muestras de alimentos, animales o personas? ¿Presenta genes de resistencia a los antibióticos que podrían dificultar su tratamiento? ¿Hay indicios de su transmisión entre diferentes individuos? Responder a estas preguntas forma parte de la vigilancia sanitaria: la recopilación y el análisis sistemático de información para detectar riesgos y orientar las medidas de prevención y control. Cuando se utiliza información del genoma de los microorganismos para este fin, hablamos de vigilancia genómica. Aprender a responder estas preguntas es el objetivo principal del proyecto gen4epi | campus, el entorno docente de la plataforma de vigilancia genómica desarrollada en el Centro de Vigilancia Sanitaria Veterinaria (VISAVET) de la Universidad Complutense de Madrid.

La secuenciación del genoma completo de un microorganismo permite estudiar su ADN con un alto nivel de detalle. Comparar esa información entre aislados, es decir, una bacteria recuperada de una muestra y cultivada en el laboratorio, ayuda a identificar grupos de bacterias estrechamente relacionadas y a investigar posibles brotes. También permite detectar genes y mutaciones asociados con la resistencia a los antibióticos, así como genes que pueden contribuir a incrementar la virulencia de bacterias patógenas. La importancia de estas aplicaciones hace que la genómica esté ocupando un lugar cada vez más relevante en la vigilancia de los patógenos transmitidos por alimentos y de las infecciones compartidas entre animales y personas. Este cambio ha sido posible gracias a la investigación de los últimos años. La secuenciación es hoy más rápida y barata, y se han desarrollado métodos estandarizados para comparar genomas obtenidos en distintos laboratorios y países. Por ello, organismos como la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) y el Centro Europeo para la Prevención y el Control de las Enfermedades (ECDC) utilizan ya la secuenciación del genoma completo en la investigación de brotes . No obstante, el análisis de los datos de genomas completos requiere conocimientos especializados, programas específicos y recursos informáticos de alto rendimiento que pueden dificultar su incorporación a la docencia. La plataforma gen4epi | campus facilita este trabajo a través del navegador, sin necesidad de instalar programas ni de tener conocimientos previos de programación. El alumnado puede trabajar con datos reales y aprender a interpretar los resultados utilizando las herramientas empleadas en la actualidad en vigilancia sanitaria.

Figura 1. Pantalla de acceso a gen4epi | campus, el entorno docente de la plataforma gen4epi. Fuente: gen4epi, Centro VISAVET (UCM).

gen4epi (https://www.gen4epi.es) es una plataforma bioinformática fruto de la investigación en vigilancia genómica del Centro VISAVET. El equipo ha reunido los métodos de análisis estandarizados en un único sistema automatizado, con criterios de calidad adaptados a cada especie bacteriana. Los análisis se realizan en los servidores de VISAVET y los resultados se presentan mediante tablas, gráficos, mapas e informes. La plataforma se utiliza en proyectos como el Sistema Epidemiológico Integrado de Castilla y León (SEICYL) y en la base de datos genómica del propio centro, y ha analizado ya varios cientos de aislados. Además, incorpora un asistente de inteligencia artificial local (se ejecuta en los propios servidores del Centro VISAVET) para apoyar la interpretación de los resultados. Los avances de esta investigación han permitido desarrollar gen4epi | campus, un entorno docente cuya finalidad es preparar a los estudiantes para utilizar la información genómica en la vigilancia y el control de las infecciones bacterianas.

En gen4epi | campus, cada estudiante accede con su cuenta y carga los archivos de secuenciación de un aislado. El sistema comprueba la calidad de los datos y realiza distintos análisis para identificar y caracterizar la bacteria. Entre los resultados se incluyen la identificación de la especie bacteriana, la detección de genes y mutaciones de resistencia y la búsqueda de genes asociados con su virulencia que pueden modificar su capacidad de causar enfermedad. También se obtiene información sobre la presencia de plásmidos, moléculas de ADN que pueden transportar genes de resistencia y facilitar su transferencia entre bacterias.

Estos resultados permiten dar respuesta a preguntas concretas de gran importancia. Por ejemplo, la presencia de un gen de resistencia en el genoma de una bacteria puede explicar el mecanismo a través del cual ésta podría resistir la acción de un determinado antibiótico. Esta información puede combinarse con la obtenida a través de pruebas de laboratorio que establecen la respuesta (fenotipo) de la bacteria a los antibióticos. Así, el alumnado aprende a relacionar los hallazgos genéticos con su significado microbiológico y sanitario.

Los estudiantes también pueden comparar distintos aislados para conocer su grado de similitud genética. Los resultados se representan en árboles interactivos que permiten identificar grupos de bacterias estrechamente relacionadas. Esta información se puede combinar con mapas y datos sobre la procedencia y la fecha de recogida de las muestras. Por ejemplo, al comparar aislados de Salmonella obtenidos de animales, alimentos y personas, los estudiantes pueden valorar si existen indicios de un origen común. Así aprenden a integrar la información genética y epidemiológica en la investigación de un posible brote.

Figura 2. Comparación genética de aislados de Salmonella enterica mediante cgMLST, un método que compara numerosos genes compartidos, visualizada en gen4epi. Cada círculo representa un aislado. Los colores indican el serotipo y las cifras sobre las líneas muestran el número de diferencias entre los perfiles conectados. Fuente: gen4epi, Centro VISAVET (UCM).

Actualmente, el entorno permite trabajar con datos de aislados de Salmonella enterica, Listeria monocytogenes y Escherichia coli, bacterias de especial interés en sanidad animal, salud pública y seguridad alimentaria. Su estudio permite conectar los conocimientos de microbiología, genética y epidemiología con problemas que los futuros profesionales encontrarán en su actividad.

Con gen4epi | campus, VISAVET acerca su experiencia en vigilancia sanitaria a la formación universitaria. El objetivo es que los estudiantes comprendan cómo se obtiene la información genómica, qué preguntas permite responder y cómo utilizarla para fundamentar sus conclusiones. Esta formación es especialmente relevante en el enfoque de “Una salud (One Health)”, que reconoce la relación entre la salud humana, la animal y la ambiental y promueve su estudio conjunto.

 

Autores, filiación

Carlos Serna^1,2, Javier Hernández Carrillo², Julio Alvarez^1,2

¹Departamento de Sanidad Animal, Facultad de Veterinaria, Universidad Complutense de Madrid (UCM)

²Centro de Vigilancia Sanitaria Veterinaria (VISAVET), Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Enlace/s web para más información

Web de gen4epi (apartado Docencia): https://www.gen4epi.es

Centro VISAVET: https://www.visavet.es