Reacción en cadena de la polimerasa PCR

Una de las principales herramientas de la biotecnología para la identificación de material genético y el diagnóstico de enfermedades es la PCR. Esta técnica es una amplificación enzimática, dirigida por cebadores, de una secuencia específica de ADN genómico mediada a través de la enzima Taq polimerasa. La reacción permite obtener millones de copias de una determinada secuencia genética. Su procedimiento consiste en la repetición de tres pasos: la desnaturalización del ADN de doble cadena, el alineamiento de los cebadores al ADN de una sola cadena y la extensión enzimática que producirá copias del ADN que servirán como molde en las siguientes repeticiones de los pasos anteriores (^{Kolmodin y Birch 2002}).

Además de la técnica original, se han desarrollado una gran cantidad de variantes, útiles para adaptar la PCR a diferentes situaciones que se pueden presentar por la naturaleza del material genético a analizar, la infraestructura y el personal disponible para desarrollar la técnica (^{Kolmodin y Birch 2002}). Se debe diferenciar entre herramientas de la biotecnología, como la descrita con anterioridad, y productos de ella, como anticuerpos. Ambos son utilizados en el diagnóstico de enfermedades (^{Pham 2018}).

Enfermedad diarreica aguda

La diarrea suele ser un síntoma de infección del tracto digestivo ocasionada por bacterias, virus o parásitos. Se transmite por alimentos o agua contaminados, o de persona a persona, por higiene deficiente (Olaiz Fernández et al. 2020).

El rotavirus es un virus de ARN de doble cadena, causante de diarrea aguda líquida. También es causada por microorganismos como Escherichia coli, Staphylococcus aureus, y otros. El diagnóstico definitivo solo puede obtenerse por pruebas de laboratorio. La mayor incidencia se presenta en personas de 20 a 40 años, pero la enfermedad puede causar una deshidratación grave y posterior muerte en niños, sobre todo menores de cinco años (Hernández Cortez, Aguilera Arreola y Castro Escarpulli 2011).

A escala mundial, el rotavirus es la causa principal de gastroenteritis aguda. Causa cada año 114 000 000 de episodios de gastroenteritis y 611 000 muertes infantiles (80 % en países en vías de desarrollo). Representa el 5 % de la mortalidad infantil en el mundo (Olaiz Fernández et al. 2020).

En México es difícil conocer las estadísticas exclusivas por rotavirus, ya que las enfermedades causantes de diarrea se suelen clasificar como ocasionados por un grupo de microrganismos y no se realizan pruebas de laboratorio sistemáticas. La media de las muertes de niños menores de cinco años relacionadas con la diarrea entre 2007 y 2014 fue de 563 (Olaiz Fernández et al. 2020; ^{Sánchez Uribe et al. 2016}).

El control de la enfermedad requiere una evaluación precisa del paciente, para obtener datos clínicos y epidemiológicos; la identificación de las cepas aisladas, así como la promoción de las medidas de higiene para evitar esta y otras enfermedades gastrointestinales (evitar comer en la calle, lavarse las manos antes de comer y después de ir al baño, hervir el agua, desinfectar frutas y verduras, preparar de forma correcta los alimentos) (Hernández Cortez, Aguilera Arreola y Castro Escarpulli 2011).

La RT PCR en tiempo real ha sido usada en México como una herramienta para la detección de rotavirus. Su ventaja ante otros métodos como electroforesis en gel de poliacrilamida (PAGE, por sus siglas en inglés) radica en su mayor sensibilidad (sensibilidad del 95 % y especificidad del 99 %), y en una menor cantidad de pasos a seguir para conseguir resultados en poco tiempo. Ello demuestra que puede ser de utilidad para el análisis de rutina, como un apoyo para el diagnóstico de esta enfermedad y como un recurso para el monitoreo constante de la forma en que está afectando a la población (De la Cruz ^{Hernández et al. 2017}).

COVID-19

La COVID-19 es una enfermedad respiratoria que se presenta como una neumonía atípica, provocando síntomas como fiebre, fatiga, tos seca, entre otros. Con frecuencia afecta de mayor manera a personas con enfermedades preexistentes como diabetes, obesidad, hipertensión o condiciones relacionadas con el sistema inmune, a las que incluso les puede provocar la muerte. No obstante, cabe recalcar que en la mayoría de los infectados los síntomas pueden ser leves o moderados (Martínez ^{Liu et al. 2021}).

Esta enfermedad se detecta por medio de diferentes grupos de pruebas. Las de biología molecular (RT-PCR entre otras variaciones) son las pruebas de oro para la detección del virus, con la capacidad de detectar casos asintomáticos. Reducen el contagio de manera significativa, al promover la cuarentena autoimpuesta en la población (^{Liu y Rusling 2021}; ^{Rannan Eliya et al. 2020}). Tienen la desventaja de un alto porcentaje de falsos negativos (20 % al 68 %), en dependencia del día en que se tome la muestra, el mal manejo de esta y las mutaciones del virus. La muestra tiene una estrecha ventana para ser tomada y no presenta mucha estabilidad. Además, se requiere personal calificado, instalaciones con bioseguridad, reactivos y equipos especializados.

También existen las pruebas de anticuerpos, que no detectan el virus directamente, sino la respuesta del organismo ante él, pero poseen la gran ventaja de una ventana de detección mucho más amplia. Las muestras pueden ser sanguíneas o de saliva, son mucho más estables en su manejo y no requieren infraestructura y reactivos especializados. Por tanto, tienen menor costo. Las pruebas de anticuerpos actúan como un complemento indispensable a las pruebas de biología molecular, al diagnosticar casos pasados y contribuir al monitoreo poblacional del comportamiento de la epidemia y la inmunidad (^{Liu y Rusling 2021}).

La disponibilidad de procedimientos certeros y rápidos para su diagnóstico ha demostrado ser de vital importancia en el control de la enfermedad, así como en el entendimiento de la infección y los procesos de inmunidad. Este hecho fue demostrado a través de un análisis de transmisibilidad del virus entre marzo y junio de 2020. Los países que utilizaban pruebas de una manera continua y elevada redujeron el índice de transmisibilidad a un número que lleva a la eventual eliminación del virus. Cabe recalcar que la contención también se ve afectada por otras medidas, como el uso de mascarilla, el distanciamiento social y el cierre de espacios. El acceso a las pruebas está limitado por su precio: las de biología molecular tienen un costo de alrededor de 3300 pesos mexicanos, y la de antígenos, alrededor de 800 pesos mexicanos. El distanciamiento social es condicionado por la capacidad de la población de quedarse en casa para evitar posibles contagios, considerando la necesidad de salir para realizar actividades de subsistencia (^{Rannan Eliya et al. 2020}).

Mientras tanto, la secuenciación también ha probado ser de utilidad en el diagnóstico y seguimiento de la enfermedad COVID-19 a nivel poblacional. Al secuenciar las variantes del virus que aparecen en varios países, se han encontrado relaciones entre los cambios específicos en su secuencia y el comportamiento en cuestiones de infectividad e impacto en el organismo. Ello, además de proporcionar datos de la enfermedad, impulsa un diagnóstico personalizado y tratamientos más efectivos (Hernández ^{Huerta et al. 2020}).

Estudios preliminares sobre la COVID-19 en México sugieren que, aunque la mayor cantidad de contagios ocurran en ciudades con una alta población, son las zonas con un mayor rezago social las que presentan más fallecimientos. Además, se ha establecido un vínculo entre la alta tasa de letalidad en el país (no solo en las zonas con rezago social) y la estrategia sanitaria de una baja cobertura poblacional. El resultado son pruebas diagnósticas insuficientes, lo cual recalca la importancia del diagnóstico oportuno, no solo para una mayor probabilidad de éxito en el tratamiento a los individuos, sino para el control y monitoreo de enfermedades infecciosas (^{Mendoza González 2020}).

Cáncer cervicouterino

La infección del virus del papiloma humano (VPH) puede derivar en cáncer cervicouterino. Este cáncer es el segundo más común que afecta a las mujeres en América Latina, solo superado por el de mama. Alrededor del 85 % de la carga global de la enfermedad se presenta en la región. Su alta tasa de mortalidad en estos países se debe en parte a un diagnóstico tardío (^{Hernández Hernández, Apresa García y Patlán Pérez 2015}; ^{Torres Poveda, Cruz Valdez y Madrid Marina 2014}).

En México, este cáncer causó la muerte de 4009 personas en 2015; de 3952 en 2010; 4227 en 2005 y 4620 en 2000 (Aldaco ^{Sarvida et al. 2018}). La alta tasa de mortalidad es atribuida a situaciones relacionadas con la pobreza, como baja escolaridad, bajo nivel socioeconómico, residencia en áreas rurales, desempleo y falta de acceso efectivo a servicios de salud (Palacio ^{Mejía et al. 2003}).

Una de las pruebas más comunes para detectar la infección por VPH es la de Papanicolaou. Se basa en la descripción morfológica de lesiones, lo que permite identificar datos que sugieren la infección en cuestión o el desarrollo de cáncer cervicouterino (^{Hernández Hernández, Apresa García y Patlán Pérez 2015}; ^{Torres Poveda, Cruz Valdez y Madrid Marina 2014}).

Un estudio en Veracruz encontró que la PCR anidada proporciona mayor certeza en la detección del virus antes de que cause anormalidades en las células. Se detectó infección de VPH en 15 muestras de 123 que antes habían resultado normales en la prueba de Papanicolau (Yerena ^{Aguilar et al. 2009}).

La PCR anidada es otra variante de la PCR convencional. Tiene mayor sensibilidad, ya que utiliza dos rondas de amplificación con dos pares de cebadores distintos para cada ronda. La PCR convencional solo utiliza un paso de amplificación (^{Salazar Montes, Sandoval Rodríguez y Armendáriz Borunda 2013}).

Cáncer de mama

El cáncer de mama ha presentado un alta en su tasa de aparición en México. Es el de mayor mortalidad en las mujeres (Grajales ^{Pérez et al. 2014}). Causó la muerte de 6304 personas en 2015; 5094 en 2010; 4264 en 2005 y 3503 en 2000 (Aldaco ^{Sarvida et al. 2018}). El sobrepeso y la obesidad son factores relacionados con su aparición (Aguilar ^{Cordero et al. 2012}). La detección y el tratamiento de este tipo de cáncer no solo enfrentan una barrera económica o tecnológica, sino también cultural. Algunas mujeres, en especial en países en vías de desarrollo, retardan los procesos de detección y tratamiento por temor a ser abandonadas por sus cónyuges (^{Frenk 2009}).

Los biomarcadores han sido fundamentales en su detección. La forma en la que se detecta es analizando los niveles de expresión de ciertos receptores como el receptor estrogénico (sensibilidad 100 %, especificidad 100 %), el receptor de progesterona (sensibilidad 96 %, especificidad 77 %) y el receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (human epidermal growth factor receptor 2 o HER2, sensibilidad 77 %, especificidad 99 %) (^{Lundgren et al. 2021}; ^{Thieman y Palladino 2010}). Cuando el resultado de HER2 no es concluyente, se usan otras herramientas para amplificarlo, como la técnica FISH (Salinas ^{Martínez et al. 2014}). Esta emplea sondas marcadas con nucleótidos fluorescentes para indicar la presencia de genes de interés (Thieman y Palladino 2010).

El uso de los biomarcadores es otro avance de la biotecnología en el área de salud. Estos suelen definirse como proteínas o moléculas específicas medidas en sangre, cuya concentración evidencia la presencia, la severidad o el estado de una enfermedad. Los biomarcadores también pueden ser hormonas, genes, productos génicos, enzimas o incluso células específicas (^{Dhawan 2018}).

Lesiones renales agudas

Otro caso en el que el diagnóstico por medios biotecnológicos puede hacer una diferencia significativa en el impacto de la enfermedad es el de las lesiones renales agudas. Estas pueden afectar hasta al 15 % de pacientes hospitalizados. Presentan una elevada tasa de mortalidad, por la falta de terapias efectivas y métodos de diagnóstico temprano. La mayor mortalidad ha sido reportada en países en desarrollo (^{Barrera Chimal y Bobadilla 2012}; Chávez ^{Iñiguez, García García y Lombardi 2018}).

El diagnóstico convencional de esta afección se realiza por el estudio de los niveles de creatinina y un examen de nitrógeno ureico en sangre. Sin embargo, el análisis de dichos componentes no provee un diagnóstico temprano, ya que se ven afectados por otros factores. En el caso de la creatinina, su aumento se puede dar después de que el tejido del riñón esté dañado (^{Barrera Chimal y Bobadilla 2012}).

Durante los últimos años, nuevos biomarcadores para diagnosticar las lesiones renales agudas se han estudiado. Un grupo de científicos mexicanos encontró que el biomarcador sensible Hsp72 puede detectar lesiones renales agudas en pacientes enfermos críticos hasta tres días antes que el método de diagnóstico convencional (Morales ^{Buenrostro et al. 2014}).

Leishmaniasis

Las leishmaniasis son un grupo de enfermedades provocadas por parásitos del género Leishmania. Se transmiten por medio de insectos, por lo general en ambientes selváticos. Pueden manifestarse como lesiones cutáneas, y presentarse en las mucosas o diseminarse por todo el cuerpo en forma de lesiones nodulares (Monroy ^{Ostria et al. 2014}). El grupo de edad más afectado es el de 25 a 44 años, seguido por el de 15 a 19 años. Entre 2006 y 2011 se reportaron 3657 casos y 12 fallecimientos, pero la enfermedad se presume subregistrada. La mayoría de los casos se concentran en los estados de Tabasco y Quintana Roo (Sosa ^{Ávila, Lozano Janett y Zúñiga Carrasco 2014}).

Los métodos de diagnóstico más comunes son examen microscópico y cultivo (de muestra cutánea o visceral), detección de anticuerpos, test de hipersensibilidad tardía, detección de anticuerpos mediante el polipéptido recombinante rK39, detección de antígeno en orina, reacción en cadena de la polimerasa, entre otros (Sosa ^{Ávila, Lozano Janett y Zúñiga Carrasco 2014}). El éxito del tratamiento está fuertemente relacionado con la correcta identificación del género de Leishmania que afecta al paciente. Esa tarea se dificulta en pacientes afectados por diferentes tipos de Leishmania al mismo tiempo. La secuenciación de muestras provenientes de pacientes permite la identificación del parásito en cuestión y ayuda a su correcto tratamiento (Monroy ^{Ostria et al. 2014}).

Neurocisticercosis

La neurocisticercosis, también conocida como cisticercosis cerebral, es una enfermedad zoonótica causada por la Taenia solium cuando invade el sistema nervioso central en forma de tenia. Sigue siendo prevalente en la mayoría de los países de América Latina y está asociada con la pobreza, la mala calidad del agua y las facilidades sanitarias inadecuadas (^{Hernández et al. 2019}). En el mundo, provocó la muerte de alrededor de 30 000 personas en 2018.

La dificultad de su diagnóstico y los casos asintomáticos hacen que el número de personas afectadas en México no se pueda conocer con exactitud. Sin embargo, se estima que le costó al país 235 000 000 de dólares en 2015 (Morales ^{Sandoval, Téllez Arellano y Fleury 2020}). La enfermedad es más común en zonas rurales de clima templado, donde está asociada al consumo de carne de cerdo y a dormir en el suelo. Una persona infectada puede contagiar a otras con las que convive. Además, la migración de zonas rurales a zonas urbanas favorece la dispersión de la enfermedad (^{Flisser 2011}).

El estándar de oro para su diagnóstico son las tomografías computarizadas e imágenes de resonancia magnética, que no están ampliamente disponibles en los países donde más se requieren. Ello provoca una mortalidad más alta de la que se presenta bajo un diagnóstico adecuado. Para contrarrestar el problema, se ha recurrido a la prueba ELISA (^{Hernández et al. 2019}).

ELISA

La técnica de enzimoinmunoanálisis de adsorción (ELISA, por su acrónimo en inglés) es muy usada en el diagnóstico y en el control de calidad de la industria biomédica, por su capacidad de detectar y cuantificar antígenos específicos en una muestra. Su fundamento recae en la captura de un antígeno, mediada por anticuerpos con un sustrato medible. Los antígenos se unen al anticuerpo, que a su vez está unido a una enzima capaz de generar un producto que podrá ser cuantificado (el producto puede ser de un color particular, luminiscente o fluorescente) (^{Büyükköroğlu et al. 2018}).

Varias modificaciones se le han hecho a esta técnica, considerando los principios de asequibilidad, sensibilidad (81 %), especificidad (97,1 %), fácil ejecución y robustez, con el fin de poder utilizarla en lugares que no tienen todo el equipo o personal de un laboratorio de biología molecular (^{Hosseini et al. 2018}; ^{Hernández et al. 2019}). En México se ha utilizado para el diagnóstico del virus de inmunodeficiencia humana (VIH), la enfermedad de Chagas y enfermedades febriles exantemáticas, como sarampión y rubeola, entre otras (Censida 2018; Secretaría de Salud 2019a; Secretaría de Salud 2018).

El ELISA más usado necesita dos tipos de anticuerpos: uno para capturar la proteína específica que se quiere cuantificar y otro unido a una enzima, para producir la reacción medible comentada antes. El primer anticuerpo que se une a la proteína de interés se sitúa en una placa ELISA con varios pocillos (por lo general, 96). Se agrega la proteína, y después de una serie de pasos de lavado, se añade el segundo anticuerpo (que estará unido a una enzima). La utilización de un sustrato permite que tenga lugar la reacción visible si el anticuerpo se une a la proteína de interés. Las placas de ELISA suelen obtenerse prediseñadas para identificar una gran variedad de proteínas importantes (^{Thieman y Palladino 2010}).

Consideraciones

Estas técnicas requieren ciertas instalaciones, equipos, insumos y personal calificado. En el caso de la PCR y sus variantes, se necesita un termociclador, cámara para gel de electroforesis, sistema UV, micropipetas, puntas para micropipetas, tubos de PCR y diferentes reactivos como cebadores, enzimas, agarosa, buffer, entre otros (^{Bachman 2013}). De igual manera, la secuenciación requiere equipo altamente especializado, kits consumibles y software para analizar los resultados (^{Schwarze et al 2020}). Por otra parte, la técnica ELISA requiere una cantidad menor de recursos. Es posible su aplicación en el punto de atención, lo cual mejora la accesibilidad de este tipo de diagnóstico (^{Mubanga 2019}).

Desde la perspectiva ambiental, estas técnicas tienen un lado negativo. Los laboratorios de ciencias biológicas, médicas y de la agricultura, en países como Estados Unidos, han mostrado el exceso de plásticos de un solo uso en dichas instalaciones. Este uso excesivo recae en la demanda de hacer eficientes los procedimientos, en dinero y tiempo. Se sugiere implementar estrategias e incentivos para fomentar la reutilización y el reciclaje de esos materiales (^{Urbina, Watts y Reardon 2015}).

Acciones y perspectivas a futuro

La biotecnología médica tiene la capacidad de resolver la problemática del diagnóstico no oportuno que tiene México, pero las situaciones de accesibilidad médica derivadas de aspectos sociales promueven los diagnósticos tardíos, que llevan a una alta tasa de mortalidad, como sucede con el cáncer cervicouterino (^{Hernández Hernández, Apresa García y Patlán Pérez 2015}).

En países en vía de desarrollo, la tasa de prevalencia de infección por VPH es de 14,3 % y en países desarrollados, de 10,3 % (Terán ^{Figueroa et al. 2015}). Se han dado pasos para remediar la situación, como la campaña “Semana de sensibilización en cáncer de cuello uterino”, de 2019. Sus retos establecidos fueron detectar casos en etapas tempranas a través de coberturas de tamizaje y fomentar la responsabilidad de autocuidado (Secretaría de Salud 2019b). Si bien estos objetivos son relevantes y de suma importancia, la continuidad y el alcance de las campañas no son del todo claros.

Por otro lado, la elevada morbilidad y mortalidad de enfermedades como el rotavirus no puede ser completamente controlada hasta que mejore la calidad de vida de la población, asegurando los servicios básicos de agua potable y drenaje, que suelen faltar en comunidades rurales. Ello, sin olvidar el factor clave de promover una buena alimentación (Hernández Cortez, Aguilera Arreola y Castro Escarpulli 2011).

México asignó 50 673,05 millones de pesos (MMDP) para Ciencia, Tecnología e Innovación en 2020, el equivalente al 0,19 % del PIB, por debajo del 1 % recomendado por diversas organizaciones internacionales (Subdirección de Análisis Económico 2019).

Las tendencias en el diagnóstico de enfermedades apuntan a pruebas realizables en el punto de atención, con alta sensibilidad y especificidad, que reduzcan costos evitando el equipo, el personal y la infraestructura especializada requeridos en algunas pruebas moleculares. Así, se reduce el tiempo de espera y mejora la atención al paciente (^{Vashist et al. 2015}).