Los investigadores de la Universidad de San Petersburgo, el alma mater del Presidente ruso Vladimir Putin, continúan la batalla científica contra el coronavirus, desarrollando nuevas herramientas que ayudarán a desarmar no sólo al Covid-19, sino también a sus "hermanos".

Así, los bioinformáticos del Centro de Biotecnología Algorítmica de la Universidad Estatal de San Petersburgo, junto con sus colegas de la Universidad de California en San Diego, presentaron el ensamblador metaviralSPAdes, un nuevo compilador que permite encontrar y reconstruir el genoma del virus entre muchas otras secuencias. Este adelanto ayudará a descifrar los genomas de los patógenos de manera más rápida y cómoda, permitiendo así que el desarrollo de las vacunas y las pruebas contra las infecciones peligrosas avance con mayor rapidez.

El artículo científico fue publicado en la revista “Bioinformatics”.

Cuando la humanidad se enfrenta a un nuevo virus, los biólogos en primer lugar comienzan la decodificación de su genoma: es un requisito indispensable para el posterior diagnóstico de la enfermedad y el desarrollo de una vacuna. Sin embargo, si se requiere una secuenciación durante el brote de un nuevo patógeno, surge un problema. Por ejemplo, la saliva de un paciente con COVID-19, que se utilizó para el primer descifrado del coronavirus SARS-CoV-2, contenía los genomas de muchos otros virus, inofensivos en la mayoría de los casos. Sin mencionar los cientos de bacterias que viven en la boca de una persona y que dificultan la búsqueda de secuencias de virus.

Este ejemplo muestra lo importante que es poder resolver una tarea computacional mucho más compleja que la de descifrar un solo genoma: recoger metagenomas, conjuntos de cientos de genomas de microorganismos diferentes que viven en el mismo entorno. La dificultad radica en que, como consecuencia de esa labor, pueden obtenerse miles de secuencias, entre las que habrá fragmentos del código genético tanto de virus como de bacterias, y es muy difícil comprender qué datos corresponden al patógeno deseado.

Además, los científicos se enfrentarán inevitablemente a otra tarea: la secuenciación del metaviroma, que consiste en identificar precisamente las secuencias víricas ocultas entre los fragmentos bacterianos mucho más largos. Luego los bioinformáticos tendrán que reunir, literalmente pieza por pieza, el genoma completo del virus que causó el brote.

Hasta hace poco, los investigadores no contaban con una herramienta especial que permitiera la recopilación de metagenomas de los virus. Sin embargo, un grupo de científicos rusos y americanos de la Universidad Estatal de San Petersburgo y de la Universidad de California en San Diego desarrollaron el ensamblador metaviralSPAdes, que convierte el análisis de los resultados de la secuenciación del metaviroma en una tarea sencilla.

Los biólogos aún no pueden leer todo el genoma de la misma manera que leemos un libro: de principio a fin. En lugar de ello, leen pequeños fragmentos, de modo que ensamblar el genoma no es muy diferente de montar un puzzle de un millón de piezas. Esta tarea se considera a menudo como uno de los problemas algorítmicos más complejos de la bioinformática. La solución es aún posible: así, el ensamblador de genomas más utilizado, SPAdes (Saint Petersburg Assembler), también creado por el equipo de científicos ruso-americanos, se ha aplicado hoy en día en casi 9000 investigaciones. Con su ayuda, los científicos han analizado los patógenos que causaron el brote del Síndrome Respiratorio del Medio Oriente (MERS) en Arabia Saudita, el Ébola en el Congo, la gonorrea en Inglaterra, la meningitis en Ghana, el dengue en Sumatra y docenas de otros brotes que han ocurrido en los últimos ocho años desde el inicio de la utilización de SPAdes.

No debemos olvidar que el ensamblaje de un metagenoma de 1000 genomas es mucho más difícil que el ensamblaje de la secuencia de un genoma. En este caso se trata de 1000 puzzles individuales en lugar de uno solo: hay que conseguir una "imagen", cuyos fragmentos se han mezclado con miles de millones de piezas de otros puzzles. Para resolver este problema, hace tres años el equipo ruso-americano de científicos que crearon SPAdes, desarrolló el ensamblador metaSPAdes, el cual, a su vez, se convirtió en el principal ensamblador de metagenoma. Esta tecnología facilita la extracción de secuencias de virus a partir de una enorme cantidad de datos, pero metaviralSPAdes - ensamblador de nueva generación - no sólo es capaz de encontrar fragmentos de genomas de virus, sino también de obtener con ellos un "puzzle" completo: el genoma del patógeno.

La pandemia del COVID-19 ha representado un toque de atención para los biólogos que estudian la transmisión de virus de animales a humanos y ha recordado la importancia de investigar los diferentes portadores de virus, como los murciélagos, dueños de un sistema inmunológico sin precedentes que les permite coexistir con múltiples patógenos capaces de matar a los humanos. Necesitamos saber qué padecen los murciélagos antes, y no después de que ocurra la pandemia.

Evidentemente, la realización de un censo de los genomas víricos de distintos animales es un complejo problema de cálculo. Sin embargo, con la ayuda de metaviralSPAdes, los biólogos pueden ahora reconstruir más fácilmente los genomas virales de los murciélagos o cualquier otra fuente potencial de futuras pandemias.

En la creación del nuevo colector de genomas participaron los científicos Dmitry Antipov y Mikhail Raiko, investigadores del Centro de Biotecnología Algorítmica del Instituto de Biomedicina Traslacional de la Universidad Estatal de San Petersburgo, Directora Adjunta del Centro, Catedrática de la Universidad Estatal de San Petersburgo Alla Lapidus, y también el Gerente de Laboratorio, Profesor de la Universidad de California en San Diego y experto de renombre mundial en bioinformática,

Anteriormente, los científicos del Centro de Biotecnología Algorítmica de la Universidad Estatal de San Petersburgo ayudaron a sus colegas del Instituto de la Gripe de San Petersburgo, que lleva el nombre de Smorodintsev, a descifrar por primera vez la variante genética "rusa" del virus SARS-CoV-2, que dio lugar a la pandemia del COVID-19. El ácido ribonucleico de este virus fue aislado el 15 de marzo de 2020 del frotis de una mujer enferma de San Petersburgo. Además, un grupo de científicos internacionales dirigidos por Pavel Pevzner creó recientemente un nuevo método de cálculo para buscar ciclopéptidos, una clase de sustancias que incluye muchos antibióticos conocidos. Utilizando un enfoque llamado CycloNovo, los científicos han encontrado 79 nuevos posibles candidatos para el papel de asesinos de bacterias.

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