En la última década, el uso de la genómica en India ha experimentado una transformación significativa, tanto que los diagnósticos, el manejo y el tratamiento de muchas enfermedades, incluyendo la tuberculosis, los cánceres y aquellos causados por la resistencia antimicrobiana, están al borde de una revolución.
Más recientemente, en enero de 2024, el Departamento de Biotecnología anunció que había completado la secuenciación de 10.000 genomas de 99 grupos étnicos en su proyecto ‘Genoma India’. Esta iniciativa nacional tiene como objetivo desarrollar un genoma de referencia para los hindúes, lo que ayudará a diseñar ‘chips genéticos’ para diagnósticos de bajo costo e investigaciones específicas de enfermedades.
Anteriormente, en octubre de 2020, se informó que el Consejo de Investigación Científica e Industrial había secuenciado los genomas completos de 1,008 individuos en India de diversos grupos étnicos en seis meses. Este esfuerzo formó parte de una misión llamada ‘IndiGen’, para crear un conjunto de datos piloto que permita a los investigadores analizar la epidemiología de enfermedades genéticas y ayudar a desarrollar enfoques de detección asequibles, optimizar el tratamiento y minimizar eventos adversos.
Otras iniciativas específicas de enfermedades también han surgido en todo el país y se están realizando esfuerzos para crear nuevos conjuntos de datos para abordar problemas de salud individuales, que van desde la antigua tuberculosis hasta los cánceres, trastornos genéticos raros en niños y la resistencia antimicrobiana. Los investigadores también han podido extraer más información utilizando inteligencia artificial y aprendizaje automático, y combinando su contenido con otros extensos conjuntos de datos sobre proteínas (proteómica), expresión génica en células (transcriptómica) y cambios químicos que regulan la expresión génica (epigenómica) para desarrollar un enfoque ‘multiómico’ para abordar las enfermedades.
Tuberculosis
Un consorcio reciente se enfoca en la tuberculosis, una enfermedad que sigue representando desafíos significativos para su erradicación, en India y en todo el mundo. El Consorcio de Vigilancia Genómica de la Tuberculosis en India (InTGS) abarca 10 sitios en la India que cubren ocho estados para la tuberculosis, con el objetivo de secuenciar alrededor de 32,000 cepas clínicas de tuberculosis de pacientes activos y desarrollar un repositorio biológico centralizado de cepas clínicas de Mycobacterium tuberculosis en India.
Otros objetivos importantes en relación con la tuberculosis incluyen mapear la diversidad genética de aislamientos pulmonares y extrapulmonares de la bacteria de la tuberculosis de casos activos recientemente reportados en India, los resultados del tratamiento asociados y correlacionar mutaciones con patrones de resistencia a medicamentos, según Vinay Nandicoori, director del CSIR-Centre for Cellular and Molecular Biology (CCMB), Hyderabad. El objetivo final del proyecto es validar las mutaciones identificadas para desarrollar un método basado en secuencias para determinar la resistencia a medicamentos y combinar los datos epidemiológicos con los resultados de la secuenciación de genoma completo para desarrollar soluciones prácticas.
Científicos de una mezcla de institutos de investigación líderes han dividido las diferentes partes del proyecto de la siguiente manera. En la primera etapa, científicos del Instituto de Educación Médica Postgraduada e Investigación de Jawaharlal, Puducherry; el Instituto Nacional de Investigación en Tuberculosis, Centro de Investigación Médica Bhagwan Mahavir, Hyderabad; el Colegio Médico Byramjee Jeejeebhoy, Pune; y el Hospital P.D. Hinduja, Mumbai, recolectarán las muestras clínicas, incluidos los metadatos de los pacientes. Luego, los científicos del Centro Internacional de Ingeniería Genética y Biotecnología, Nueva Delhi, aislarán el material genético de las muestras y establecerán un repositorio de cepas. En la tercera etapa, los científicos de CCMB y el Instituto Nacional de Genómica Biomédica, Kalyani, realizarán la secuenciación del genoma completo. En la cuarta y última etapa, un equipo en el Instituto Nacional de Inmunología, Nueva Delhi, realizará el análisis de datos de secuenciación de ARN y desarrollará modelos de IA y ML para predecir la resistencia a los medicamentos y tener en cuenta los metadatos para detectar patrones de resistencia, según el Dr. Nandicoori.
“Este es un proyecto enorme, enorme, enorme”, agregó. El punto de partida es generar datos básicos, una tarea relativamente ignorada en India en comparación con varios otros países.
Trastornos genéticos raros
India también ha lanzado una misión panindia para Trastornos Genéticos Raros Pediátricos (PRaGeD), que, a pesar de su rareza, se han convertido en una preocupación común de salud pública. La misión PRaGeD planea crear conciencia, realizar diagnósticos genéticos, descubrir y caracterizar nuevos genes o variantes, brindar asesoramiento y desarrollar nuevas terapias para enfermedades genéticas raras que afectan a los niños de India.
La misión incorporará datos de IndiGen en sus tuberías bioinformáticas internas que utilizará para analizar las partes de un genoma que codifican proteínas (exoma). El CSIR-Centro para la Huella Genética del ADN y Diagnósticos (CDFD), Hyderabad, en colaboración con 15 centros en toda India, planea reclutar pacientes y sus familias con trastornos genéticos raros.
“El estudio tiene como objetivo identificar genes novedosos para varios fenotipos heredados conocidos y no explicados, pero también ayuda al paciente y a la familia con el manejo de la enfermedad y el diagnóstico prenatal”, dijo Ashwin Dalal, líder de grupo para diagnósticos y científico en CDFD. El equipo también caracterizará genes novedosos o variantes para determinar su función o papel en el trastorno, utilizando líneas celulares y/o organismos modelo como ratones, moscas de la fruta y peces cebra.
También en marcha en la misión está el uso de la secuenciación de próxima generación, una de las herramientas más recientes para manejar enfermedades raras y evaluar la probabilidad de desarrollar varias enfermedades crónicas, especialmente cuando las pruebas convencionales arrojan resultados negativos. “Implementar pruebas genéticas para recién nacidos a nivel nacional puede contribuir al manejo de condiciones genéticas raras a través de diagnósticos más rápidos y precisos”, dijo el Dr. Dalal.
Cánceres
El Consorcio del Genoma del Cáncer en India (ICGC-India), parte del Consorcio Internacional del Genoma del Cáncer (ICGC) y respaldado por el Departamento de Biotecnología, planea caracterizar anormalidades genómicas en diferentes tipos de cáncer en pacientes indios e identificar variaciones genéticas específicas de la población que están vinculadas al riesgo de cáncer y la respuesta al tratamiento. Tales proyectos de secuenciación genómica a nivel de población pueden facilitar el descubrimiento de biomarcadores nuevos, nuevos objetivos de tratamiento potenciales y estrategias de tratamiento personalizadas, según Dinesh Gupta, líder de grupo de bioinformática translacional en el Centro Internacional de Ingeniería Genética y Biotecnología, Nueva Delhi.
Varias instituciones indias han establecido repositorios de datos genómicos similares al ICGC para facilitar la investigación del cáncer e iniciativas de medicina de precisión que se adaptan al perfil genético de los indios, dijo el Dr. Gupta. Otro ejemplo es el proyecto Atlas del Genoma del Cáncer en India, una iniciativa sin fines de lucro público-privada y filantrópica que está tratando de crear un catálogo completo de alteraciones genómicas en varios tipos de cáncer prevalentes en la India. Esto podría ayudar a los investigadores a identificar biomarcadores nuevos y objetivos de tratamiento. El Atlas recopila y genera datos genómicos detallados con datos clínicos vinculados.
Los ensayos clínicos en cáncer también están comenzando a incorporar la genómica en el país, agregó el Dr. Gupta. Los centros de cáncer indios clasifican a los pacientes utilizando perfiles genómicos para ensayos clínicos que se basan en sus subtipos moleculares y combinan posibles respondedores con terapias dirigidas.
Resistencia antimicrobiana
La genómica y la metagenómica son útiles para analizar la resistencia antimicrobiana y entender la posibilidad de propagación rápida de cualquier función de resistencia a los antibióticos entre especies bacterianas. Algunos microbios, como las bacterias que causan la tuberculosis, crecen muy lentamente, incluso en condiciones de laboratorio, explicó Bhabhatosh Das, profesor asociado en el Instituto de Ciencias y Tecnología de la Salud Translacional, Faridabad. “Por lo tanto, los médicos recetan antibióticos sin conocer el perfil real de resistencia de los agentes infecciosos”.
En tales casos, la secuenciación del genoma es muy útil porque puede proporcionar información sobre el perfil de resistencia de los microbios sin tener que cultivarlos en el laboratorio, agregó. “Esta información ayuda a los médicos a hacer un uso juicioso de los antibióticos”. En la tuberculosis, las firmas de resistencia específicas del patógeno “deberían agregar un valor inmenso a los diagnósticos de resistencia antimicrobiana y la selección de combinaciones de medicamentos apropiadas para una terapia antimicrobiana exitosa”.
IA, ML y multiómica
Mientras tanto, los algoritmos de inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML) están ayudando a la genómica a analizar los extensos conjuntos de datos. Estas tecnologías pueden ayudar a predecir el riesgo de desarrollar cáncer de un individuo, desarrollar herramientas de diagnóstico para detectar algunos cánceres en etapa temprana, clasificarlos y desarrollar estrategias de tratamiento, dijo el Dr. Gupta.
Los investigadores también han comenzado a utilizar IA y ML para ayudar a analizar datos de secuenciación de genomas en casos de trastornos genéticos raros. Una sola instancia de secuenciación del exoma completo de un individuo puede generar 5 Gb de datos y la secuenciación del genoma completo puede generar 90 Gb, explicó el Dr. Dalal: “El análisis de tal secuencia masiva es imposible sin el uso de herramientas computacionales”. Los técnicos están utilizando enfoques basados en IA y ML en las tuberías bioinformáticas internas y como parte de herramientas comerciales para analizar los datos de secuenciación y identificar variantes causantes de enfermedades.
Con la rápida expansión de la IA, ahora es fácil acceder a la multiómica y analizar rápidamente productos de Big Data, incluso con solo instalaciones computacionales estándar, según el Dr. Das, quien agregó que la multiómica es hoy una tecnología emergente en el campo de la ciencia clínica en India.