Novo algoritmo TRACS rastreia a transmissão de patógenos com precisão inédita

Cientistas criaram um novo algoritmo extremamente potente capaz de acompanhar a transmissão de patógenos - bactérias, vírus e parasitas - com um grau de precisão que as ferramentas atuais simplesmente não alcançam.

Na prática, ele consegue diferenciar se dois microrganismos muito parecidos resultam de uma transmissão direta entre pessoas ou se foram adquiridos separadamente a partir da mesma fonte.

A ferramenta, chamada Agrupamento de Cepas por Transmissão (TRACS), é fruto de uma colaboração entre pesquisadores do Centro de Câncer Peter MacCallum, na Austrália, do Instituto Wellcome Sanger e da Universidade de Oslo.

O que há de errado com as ferramentas atuais

Usar genômica para acompanhar como doenças se espalham em populações virou um pilar da saúde pública moderna. Ainda assim, os instrumentos disponíveis hoje têm limitações importantes.

A maioria não consegue lidar, ao mesmo tempo, com múltiplas espécies bacterianas com a rapidez e a flexibilidade necessárias para um monitoramento rotineiro. Além disso, essas abordagens têm dificuldade para separar amostras transmitidas recentemente daquelas cuja transmissão aconteceu com anos de diferença.

Também costuma ser complicado - ou até inviável - incorporar novas amostras de forma contínua, algo essencial para vigilância em tempo real.

E não se trata de meros detalhes técnicos. Em surtos que evoluem rapidamente, atrasos e erros no rastreamento podem custar vidas.

Como o novo método funciona

O TRACS contorna esses gargalos com uma estratégia diferente. Ele detecta diferenças genéticas minúsculas entre amostras, conhecidas como polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs).

Em seguida, o sistema avalia esses SNPs para estimar o quão próximos, do ponto de vista evolutivo, dois patógenos estão. A partir dessa relação, ele consegue inferir se a hipótese mais provável é a de uma transmissão direta.

Segundo o autor sênior do estudo, Jukka Corander, o método aceita qualquer conjunto complexo de amostras microbianas sequenciadas - incluindo bactérias, vírus, fungos e parasitas - e indica se a origem foi uma transmissão direta ou uma fonte compartilhada.

Corander também afirmou que a abordagem é, ao mesmo tempo, mais eficiente do ponto de vista computacional e mais precisa do que os métodos existentes.

De forma decisiva, o TRACS integra novas amostras continuamente, o que o torna adequado para a vigilância de saúde pública em tempo real.

Testando a ferramenta em diferentes patógenos

Para verificar o desempenho do TRACS, os pesquisadores o testaram com dados genômicos de três patógenos distintos, cada um trazendo desafios analíticos próprios.

Entre os conjuntos analisados, estavam dados de COVID-19 de hospitais do Reino Unido, dados de sequenciamento profundo de populações de Streptococcus pneumoniae (a bactéria responsável pela pneumonia) e dados de sequenciamento genômico de célula única de pacientes com malária infectados por Plasmodium falciparum.

Em todos os cenários, a ferramenta conseguiu identificar cepas diferentes dentro de uma única amostra e inferir a fonte de transmissão associada a cada uma delas.

“People can carry several slightly different versions or strains of the same species at once, which makes it challenging to understand how microbes move between individuals,” disse o autor principal do estudo, Gerry Tonkin-Hill.

“Using this new technology, we can now overcome this challenge and gain a clearer picture of how microbes are shared between people.”

Isso também deve ajudar a comunidade científica a entender melhor como microrganismos se disseminam e a reduzir infecções em populações vulneráveis, como pacientes com câncer.

Uma surpresa na transmissão em bebês

Um dos resultados mais chamativos surgiu quando o TRACS foi aplicado para investigar como microrganismos são transferidos entre mães e recém-nascidos.

A equipe constatou que uma bactéria benéfica, chamada Bifidobacterium breve, permaneceu presente em bebês por mais tempo do que se reconhecia anteriormente. Métodos anteriores simplesmente não detectavam esse padrão.

É um exemplo pequeno, mas revelador, do que uma precisão maior torna possível - e de quanto pode ter passado despercebido até agora.

Indo além de surtos

Os efeitos potenciais do TRACS vão muito além do acompanhamento de surtos de doenças infecciosas.

O coautor Trevor Lawley, do Instituto Wellcome Sanger, enxerga a ferramenta como um passo em direção a novas terapias.

“By understanding exactly how microbes move between people and which of them are more likely to thrive in their microbiome, we could design better ways to increase helpful gut microbes.“

“Genomic surveillance has greatly improved our understanding of how infections spread, and has allowed us to apply this knowledge to inform and develop new public health approaches,” acrescentou Corander.

Essa nova abordagem é capaz de analisar amostras microbianas sequenciadas e complexas, incluindo bactérias, vírus, fungos e parasitas, e então determinar se elas vieram de uma transmissão direta ou de uma fonte compartilhada.

O método é um avanço relevante, já que combina maior eficiência computacional com maior precisão em comparação às alternativas atuais.

O estudo foi publicado na revista Nature Microbiology.