TRACS: novo algoritmo rastreia a transmissão de patógenos com precisão inédita

Cientistas criaram um novo algoritmo robusto capaz de acompanhar a transmissão de patógenos - bactérias, vírus e parasitas - com um grau de precisão que as ferramentas atuais não conseguem alcançar.

Com ele, dá para diferenciar se dois microrganismos muito próximos entre si vieram de uma transmissão direta entre pessoas ou se foram adquiridos separadamente a partir de uma mesma fonte.

A solução, chamada TRAnsmission Clustering of Strains (TRACS), nasceu de uma colaboração entre investigadores do Peter MacCallum Cancer Centre, na Austrália, do Wellcome Sanger Institute e da Universidade de Oslo.

O que não funciona nas ferramentas atuais

Usar genómica para seguir como doenças se espalham em populações tornou-se um pilar da saúde pública moderna - mas o conjunto de ferramentas disponível hoje tem limitações relevantes.

Em geral, muitas soluções não conseguem lidar, ao mesmo tempo, com múltiplas espécies bacterianas na velocidade e com a flexibilidade exigidas para monitorização de rotina. Além disso, têm dificuldade em separar amostras transmitidas recentemente de outras cuja transmissão ocorreu com anos de diferença.

Outro entrave é a atualização contínua: incorporar novas amostras de forma constante - algo essencial para vigilância em tempo real - costuma ser difícil ou até inviável.

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

Como o método TRACS funciona

O TRACS contorna esses problemas com uma estratégia distinta. Ele localiza diferenças genéticas minúsculas entre amostras, conhecidas como polimorfismos de nucleótido único (SNPs).

Em seguida, o sistema analisa esses SNPs para estimar o quão aparentados são dois patógenos. A partir dessa proximidade, consegue inferir se é provável que tenha ocorrido uma transmissão direta.

Segundo o autor sénior do estudo, Jukka Corander, o método consegue pegar amostras sequenciadas complexas de microrganismos - incluindo bactérias, vírus, fungos e parasitas - e inferir se elas vieram de uma transmissão direta ou de uma fonte comum.

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

Um ponto decisivo é que o TRACS integra continuamente novas amostras, o que o torna especialmente adequado para a vigilância de saúde pública em tempo real.

Testes do TRACS com diferentes patógenos

Para avaliar o desempenho, os pesquisadores aplicaram o TRACS a dados genómicos de três patógenos distintos, cada um com desafios analíticos próprios.

Entre os conjuntos analisados estavam dados de COVID-19 de hospitais do Reino Unido, dados de sequenciação profunda de populações de Streptococcus pneumoniae (a bactéria associada à pneumonia) e dados de sequenciação do genoma de célula única de pacientes com malária infetados por Plasmodium falciparum.

Em todos os cenários, a ferramenta conseguiu identificar diferentes estirpes dentro de uma única amostra e deduzir a origem da transmissão de cada uma delas.

“As pessoas podem carregar várias versões ou estirpes ligeiramente diferentes da mesma espécie ao mesmo tempo, o que torna difícil entender como os microrganismos passam entre indivíduos”, disse o autor principal do estudo, Gerry Tonkin-Hill.

“Com esta nova tecnologia, agora conseguimos ultrapassar este desafio e obter uma imagem mais clara de como os microrganismos são partilhados entre pessoas.”

Isso também deve dar aos investigadores uma compreensão mais sólida de como os microrganismos se disseminam e ajudar a prevenir infeções em populações vulneráveis, como pacientes com cancro.

Uma surpresa na transmissão para bebés

Um dos resultados mais marcantes apareceu quando o TRACS foi usado para investigar como microrganismos transitam entre mães e recém-nascidos.

A equipa observou que uma bactéria benéfica chamada Bifidobacterium breve permanecia nos bebés por mais tempo do que se reconhecia até então. As abordagens anteriores simplesmente não tinham captado esse padrão.

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

Para além do rastreio de surtos

As consequências do TRACS vão muito além do acompanhamento de surtos de doenças infeciosas.

Para o coautor Trevor Lawley, do Wellcome Sanger Institute, a ferramenta representa um passo rumo a novas terapias.

“Ao entender exatamente como os microrganismos se movem entre pessoas e quais deles têm maior probabilidade de prosperar no seu microbioma, poderíamos desenhar melhores formas de aumentar microrganismos intestinais benéficos.”

“A vigilância genómica melhorou muito o nosso entendimento sobre como as infeções se espalham e permitiu aplicar esse conhecimento para orientar e desenvolver novas abordagens de saúde pública”, acrescentou Corander.

Esta abordagem consegue analisar amostras sequenciadas complexas de microrganismos, incluindo bactérias, vírus, fungos e parasitas. Depois, determina se a origem foi uma transmissão direta ou uma fonte partilhada.

O método é visto como um grande avanço porque é, simultaneamente, mais eficiente em termos computacionais e mais preciso do que as abordagens existentes.

O estudo foi publicado na revista Nature Microbiology.