¿Dónde iniciará el próximo brote de Zika?
Por Marytere Narváez
Mérida, Yucatán. 23 de agosto de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Las zoonosis son enfermedades que se transmiten de manera natural de los animales a los humanos. Hasta el momento, se han descrito más de 200 zoonosis que afectan a la población global, según la Organización Mundial de la Salud (OMS).
En la península de Yucatán existen zoonosis endémicas de importancia para la salud pública, como la Enfermedad de Chagas —causada por el protozoario Trypanosoma cruzi— y la Leishmaniasis Cutánea Localizada, de acuerdo con el estudio "Mamíferos silvestres y sus patógenos zoonóticos", publicado en el libro Biodiversidad y desarrollo humano en Yucatán. Además, existe evidencia de la emergencia de otros agentes zoonóticos, como el virus del Oeste del Nilo y bacterias patógenas como rickettsias, entre otros.
A partir de la experiencia e información epidemiológica recopilada a lo largo de más de 20 años de investigación sobre zoonosis en el estado, especialistas del Centro de Investigaciones Regionales “Dr. Hideyo Noguchi” y la Facultad de Matemáticas de la Universidad Autónoma de Yucatán (Uady) desarrollan un sistema de predicción de focos de transmisión de enfermedades zoonóticas, con el financiamiento de Desarrollo Científico para Atender Problemas Nacionales del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).
Dr. Hugo Ruiz Piña.En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, Hugo Ruiz Piña, investigador del Centro de Investigaciones Regionales "Dr. Hideyo Noguchi" de la Universidad Autónoma de Yucatán (CIR Uady), señaló que el objetivo del proyecto consiste en identificar y predecir aquellos factores bioecológicos que determinan la presencia de focos de transmisión de las enfermedades zoonóticas.
“El proyecto plantea desarrollar una metodología de estudio multidisciplinaria para la identificación y predicción de focos de patógenos zoonóticos, con énfasis en potenciales factores de emergencia en el estado de Yucatán”, apuntó.
Análisis matemático
La metodología del proyecto está basada en el análisis matemático de información ecobiológica de los hospederos (datos de infección, densidad y estructura poblacional, dispersión, etcétera), así como también su información geográfica (ubicación espacial, distribución geográfica, entre otros) y factores físicos de la región (uso de suelo, datos climáticos, etcétera) mediante los que se podrá explorar la existencia de focos actuales y predecir su presencia en el estado de Yucatán.
“En primera instancia se abordará como modelo de foco zoonótico la infección con Trypanosoma cruzi, patógeno causante de la enfermedad de Chagas. Con este proyecto se pretende generar un sistema de predicción de brotes zoonóticos en el estado de Yucatán, a través de la generación de modelos matemáticos y un sistema de monitoreo biológico-ecológico que permita pronosticar el riesgo potencial y alertar de manera predictiva la aparición de focos zoonóticos en la población humana”, indicó Ruiz Piña, investigador nacional con nivel I.
Desarrollo de modelos matemáticos de dinámica poblacional
De acuerdo con Gerardo García Almeida, investigador de la Facultad de Matemáticas de la Uady, inicialmente se propuso un modelo matemático de la dinámica poblacional del Triatoma dimidiata, principal vector de Trypanosoma cruzi, que pudiera involucrar ecuaciones diferenciales que describen las tasas de variación instantáneas de las poblaciones de las distintas etapas de desarrollo del insecto, con la posibilidad de distinguir entre insectos infectados y no infectados con este agente patógeno.
"En un principio se consideraron dos tipos de modelos: uno con ecuaciones diferenciales ordinarias y otro con ecuaciones diferenciales con retardo que toma en cuenta los tiempos de maduración de las diferentes etapas de desarrollo del insecto. Los modelos completos contienen 26 ecuaciones diferenciales. Luego se procedió a construir una estrategia de estimación de los parámetros de los modelos mediante el empleo de algoritmos genéticos", indicó.
Dada la complejidad de los modelos completos, se decidió trabajar con un submodelo simplificado de siete ecuaciones diferenciales para estimar inicialmente los parámetros relacionados con los flujos de una etapa de desarrollo a la siguiente y las tasas de mortalidad de cada etapa, tomando como datos reales un estudio de laboratorio existente en la literatura.
Durante el proceso de estimación, los matemáticos notaron que el modelo con ecuaciones diferenciales ordinarias no hacía un buen ajuste a los datos de laboratorio, mientras que el modelo con retardo mejoraba el ajuste, pero al avanzar el tiempo aparecían poblaciones negativas del insecto. Por tanto, fue necesario construir un tercer modelo a partir de los dos anteriores que involucrara ecuaciones diferenciales con retardo, como ocurría con el segundo modelo.
"En este tercer modelo sí se puede garantizar matemáticamente que las poblaciones siempre serán no negativas y luego de correr el algoritmo genético se obtuvo un excelente ajuste a los datos de laboratorio", apuntó.
Estos modelos poblacionales constituyen solo un aspecto a modelar matemáticamente. En una segunda etapa del proyecto, se podrán proponer modelos matemáticos involucrando poblaciones totales de Triatoma dimidiata y de hospederos (mamíferos) existentes en el peridomicilio, tomando en cuenta parámetros de difusión espacial (modelos con ecuaciones diferenciales de reacción-difusión).
Dado que los modelos matemáticos describen las poblaciones de interés, en particular las del vector Triatoma dimidiata, en el caso de la enfermedad de Chagas, al pronosticar dónde y cuándo pueden aumentar las poblaciones del vector, este pronóstico permite identificar zonas y tiempos de mayor riesgo potencial de los brotes zoonóticos. Los modelos que involucran difusión también pueden pronosticar la aparición de brotes zoonóticos vía el pronóstico de la formación de patrones de Turing, comentó el investigador.
Monitoreo biológico y ecológico
El proyecto contempla la implementación de metodologías de campo para la captura, manejo, obtención de muestras biológicas de mamíferos silvestres sinantrópicos, es decir, que viven cerca y se benefician de los hábitats artificiales creados por los humanos a su alrededor.
También incluye metodologías de laboratorio para el procesamiento de muestras biológicas y su diagnóstico para la detección de patógenos zoonóticos. A partir de esas metodologías, se obtiene información de las variables de interés (hospederos mamíferos y vectores artrópodos) para su análisis matemático.
García Almeida, miembro con nivel I del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), señaló que el monitoreo biológico y ecológico proporciona datos de campo útiles para realizar la estimación de los parámetros de los modelos matemáticos propuestos, así como para su validación y empleo para pronosticar las poblaciones involucradas en estas ecuaciones.
"Estos modelos permitirán hacer simulaciones numéricas por computadora para predecir el comportamiento de estas poblaciones de interés, siendo una posibilidad la inclusión de estos modelos en un sitio web interactivo para que el público interesado en el tema pueda hacer uso de esta herramienta de pronóstico", indicó.
Los investigadores cuentan con una base de datos con información biológica y ecológica de hospederos y vectores, así como información ambiental de 12 localidades rurales del estado de Yucatán que, en conjunto, representan la zona exhenequenera de la región.
“Esta fuente de datos es importante para el desarrollo de los siguientes modelos poblacionales del hospedero (la zarigüeya, Didelphis virginiana), la interacción poblacional entre vectores y hospederos y de la dinámica de transmisión de T. cruzi entre vectores y hospederos en el traspatio de dichas localidades. Al respecto, se está trabajando actualmente en el algoritmo para la modelación del hospedero D. virginiana”, describió Ruiz Piña.
Modelo poblacional de Triatoma dimidiata
De acuerdo con García Almeida, en la etapa inicial del proyecto se cuenta con un modelo matemático adecuado para describir la dinámica poblacional de Triatoma dimidiata en el peridomicilio. Estos datos también contribuyen de manera muy significativa con la dinámica poblacional en el interior del domicilio.
También se probó una estrategia de estimación de parámetros usando datos de laboratorio existentes en la literatura. Con esta estrategia se pueden estimar los parámetros del modelo usando los datos de campo y así poder proceder a la validación y empleo del modelo. Los resultados del planteo y la estrategia de estimación de parámetros del submodelo con siete ecuaciones diferenciales con retardo serán publicados próximamente en una revista científica de impacto internacional.
"Como resultado de un seminario de investigación realizado el mes pasado, ya se tiene una idea de cómo proponer un modelo con ecuaciones de reacción-difusión que involucre a Triatoma dimidiata y a los mamíferos hospederos de Trypanosoma cruzi. Este modelo se construiría en una segunda etapa del proyecto", indicó el investigador.
El sitio web creado por los especialistas funcionará como un simulador del comportamiento de la transmisión de T. cruzi entre vectores y hospederos, tanto en el ámbito temporal como espacial. “En esta fase se pretende incluir en el análisis los modelos matemáticos que se vayan generando con el objetivo de realizar análisis predictivos sobre la presencia y relevancia de focos de transmisión de la enfermedad de Chagas”, agregó Ruiz Piña.
Principales enfermedades zoonóticas en Yucatán
En palabras de Ruiz Piña, las enfermedades zoonóticas son más comunes que lo que la gente pudiera imaginar, no solo en Yucatán sino en prácticamente cualquier región del mundo.
“La relevancia e importancia epidemiológica de dichas enfermedades está determinada por diversos factores como las condiciones climáticas, los ecosistemas, las condiciones geográficas, la cultura, agricultura, ganadería, turismo, desarrollo habitacional, tenencia de mascotas exóticas, costumbres de las poblaciones humanas, tipo de viviendas, alimentación, economía, políticas públicas, entre otros”, resaltó.
En Yucatán, entre las enfermedades zoonóticas más estudiadas se encuentran la Leptospirosis, la Enfermedad de Chagas, la Toxoplasmosis, diferentes arbovirosis como el virus del Oeste del Nilo, y las rickettsiosis.
“Nuestro estado presenta las condiciones epidemiológicas para pensar que existen otros patógenos zoonóticos circulando en nuestros ecosistemas, y nuestra labor como investigadores está enfocada en identificarlos para poder determinar su potencial riesgo para la población yucateca, así como coadyuvar en la prevención y control de estas enfermedades”, finalizó.
• Dr. Hugo Ruiz Piña
Investigador del Centro de Investigaciones Regionales "Dr. Hideyo Noguchi", Uady
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