Arbovirus de importancia en salud pública y viroma en mosquitos de Colombia: un enfoque metagenómico
Facultad: medicina

 Los arbovirus, virus transmitidos por artrópodos, son de gran importancia epidemiológica y socioeconómica a nivel mundial debido a su implicación en enfermedades febriles y neurológicas que afectan a una parte significativa de la población global. El virus del dengue (DENV) se destaca por causar la infección más prevalente, especialmente en países tropicales y subtropicales. En las últimas décadas, su incidencia ha experimentado un crecimiento exponencial a nivel mundial, con más de 4.000 millones de personas en riesgo de contagio en estas regiones. Por lo tanto, la vigilancia epidemiológica y el control vectorial juegan un papel fundamental en el control efectivo de estas enfermedades. La propagación eficiente de arbovirus, como el DENV, se facilita principalmente por el mosquito Aedes aegypti, ampliamente reconocido como un vector altamente competente. Su marcado comportamiento antropofílico y su estrecha asociación con entornos urbanos y peridomésticos contribuyen significativamente a esta capacidad. Las características biológicas de los mosquitos Aedes promueven su rápida adaptación a nuevos hábitats y su extensa dispersión geográfica, muchas veces relacionada con intervenciones humanas como la urbanización no planificada, el comercio global y el cambio climático. Como resultado, esta especie vectorial se han convertido en una amenaza significativa, comprometiendo la eficacia de las medidas preventivas y la implementación operativa de los programas de control, así como la gestión de brotes de enfermedades asociadas. Asimismo, otros mosquitos de la familia Culicidae también han sido implicados en la transmisión de virus patógenos en ciclos tanto urbanos como rurales. Sin embargo, en las zonas rurales con riesgo de transmisión de enfermedades zoonóticas a los humanos, los vectores endémicos continúan siendo objeto de estudio. Los avances en las tecnologías de secuenciación de nueva generación (NGS) han revolucionado las estrategias de vigilancia entomovirológica al permitir la detección de virus (re)emergentes y el descubrimiento de nuevas secuencias virales. Estos avances han llevado a la identificación de un grupo representativo de virus conocidos como virus específicos de insectos (ISVs), que infectan naturalmente a los artrópodos, pero no pueden replicarse en células de vertebrados ni infectar a humanos. Se ha observado que algunos de estos ISVs forman un "viroma central" estable y específico para cada especie de mosquito, lo que sugiere su capacidad para influir en la biología del hospedero. Específicamente, estos ISVs pueden modular la transmisión de agentes virales y la competencia vectorial, lo que los convierte en un componente crucial para el desarrollo de nuevas estrategias de control de arbovirus. Colombia, un país tropical, ofrece condiciones óptimas para el desarrollo y adaptación de diversas especies de mosquitos, lo que crea un entorno propicio para la transmisión de arbovirus de importancia epidemiológica. Los casos de enfermedades transmitidas por arbovirus, especialmente el dengue, han sido prevalentes en el país debido a su alta incidencia estimada. Desde 2016, se ha observado la co-circulación de otros arbovirus como el chikungunya (CHIKV) y el Zika (ZIKV). Este fenómeno se atribuye a las características geográficas de Colombia, las condiciones favorables para la transmisión viral y la presencia generalizada del vector en la mayoría de los municipios del país. En este contexto, los estudios de epidemiología molecular de los arbovirus transmitidos por insectos son fundamentales para comprender la dinámica viral y anticipar posibles brotes epidémicos. Sin embargo, la mayoría de estas investigaciones se han centrado en el análisis de muestras de pacientes infectados, y son escasos los estudios realizados en muestras de vectores. Esta limitación posiblemente ha obstaculizado un control integral y eficiente de este tipo de enfermedades. Actualmente, uno de los desafíos principales en el estudio de las arbovirosis, es comprender la diversidad de éstos durante su ciclo de vida en el agente vectorial. Además, es crucial describir las comunidades virales asociadas a los mosquitos vectores, lo que podría proporcionar una comprensión más precisa de la competencia vectorial. Este enfoque permitiría obtener un conocimiento integral de la dinámica de transmisión de arbovirus, contribuiría a la vigilancia epidemiológica de alta resolución y facilitaría el diseño de estrategias eficientes de control y prevención. Por lo tanto, el objetivo general de esta tesis doctoral fue " Caracterizar arbovirus de importancia en salud pública y el viroma en mosquitos de Colombia mediante un enfoque metagenómico ", el cual se desglosó en tres objetivos específicos: 1. Analizar la frecuencia de infección de arbovirus e identificación molecular de las especies de mosquitos del género Aedes en distintos departamentos de Colombia. 2. Caracterizar el viroma de Aedes aegypti con infección natural por el virus del dengue (DENV) mediante análisis metagenómicos. 3. Describir la dinámica de transmisión y composición viral en poblaciones de mosquitos (Díptera: Culicidae) en ecosistemas rurales estratégicos. Cada uno de estos objetivos se encuentra asociado con un capítulo dentro de este trabajo de investigación. En el primer capítulo se evidencia que la utilización de técnicas moleculares en la vigilancia entomovirológica constituye una herramienta poderosa para la detección temprana de arbovirus, facilitando así la toma de decisiones en las estrategias de control y prevención. Durante el período 2020-2021, se realizó un análisis en mosquitos Ae. aegypti recolectados en diversas regiones de Colombia, donde se observó una alta frecuencia de infección y co-infección natural por serotipos del virus del dengue (DENV-1, DENV-2 y DENV-3). A su vez, la presencia del virus Chikungunya (CHIKV) fue menos frecuente y no se detectó el virus Zika (ZIKV). Estos resultados reafirman el papel predominante de Ae. aegypti en la transmisión del dengue en Colombia y señalan una disminución en la circulación de otros arbovirus tras los brotes significativos de 2015 y 2016. Adicionalmente, el análisis de la diversidad genética de Ae. aegypti, realizado mediante la secuenciación del marcador molecular COI, reveló la predominancia del linaje I en el país. Este linaje está ampliamente distribuido en las Américas y está asociado con áreas de alta incidencia de dengue. Los hallazgos de este estudio subrayan la importancia de detectar infecciones y co-infecciones por arbovirus en mosquitos Aedes, así como la identificación de especies vectoriales y el análisis de su dinámica poblacional mediante técnicas moleculares. Esta información es crucial para establecer sistemas de alerta temprana que respalden la implementación oportuna de medidas de intervención frente a la emergencia o reemergencia de arbovirus. En el segundo capítulo se llevó a cabo la caracterización del viroma de mosquitos Aedes aegypti, utilizando muestras que fueron previamente identificadas en el Capítulo 1 con infección natural por DENV (serotipos DENV-1 y DENV-2), así como muestras de mosquitos que resultaron negativas en las pruebas de infección viral (DENV-negativo). Para esto, se empleó un método de enriquecimiento viral seguido de secuenciación metagenómica utilizando la tecnología de Oxford Nanopore Technologies (ONT). Este enfoque permitió identificar los ISVs predominantes en estas poblaciones. Se observó una variación significativa en la abundancia de ciertas especies y familias de ISVs en respuesta a la infección natural por los diferentes serotipos de DENV. Estas variaciones pueden ser atribuidas a los complejos mecanismos de interacción entre los ISVs y los arbovirus dentro del mosquito vector. Además, se constató una presencia diferencial del Phasi-Charoen-like phasivirus (PCLV) en las muestras infectadas por DENV. Este ISV ha sido descrito previamente como parte del viroma central en los mosquitos Aedes. Los análisis filogenéticos de PCLV revelaron asociaciones con secuencias de varias regiones a nivel mundial, destacando especialmente las similitudes con secuencias provenientes de Brasil y Guadeloupe, lo que sugiere una relación evolutiva compartida con estos hospederos. Los resultados de este estudio no solo mejoran nuestra comprensión de la diversidad viral en los mosquitos vectores, sino que también proporcionan información crucial sobre las posibles interacciones entre los ISVs y los arbovirus. Esta información es fundamental para el diseño de estrategias eficaces de control y prevención de las enfermedades transmitidas por Ae. aegypti. En el tercer capítulo se investigó inicialmente la frecuencia de infección por Flavivirus y las preferencias alimentarias en las especies de mosquitos que habitan en un ecosistema rural de sabana en la Orinoquia de Colombia. A continuación, se efectuó un análisis metagenómico viral enfocado en las especies de mosquitos de mayor abundancia y relevancia para la salud pública, incluyendo géneros como Ochlerotatus, Culex, Limatus, Mansonia, Psorophora y Sabethes. La región estudiada se caracteriza por una mínima interferencia humana y una perturbación antropogénica limitada. Los resultados mostraron la presencia del virus del Nilo Occidental (WNV), un patógeno de importancia médica, en mosquitos de la especie Culex browni. Este hallazgo resalta el potencial impacto de las actividades humanas en ecosistemas sensibles a las intervenciones antropogénicas. Además, los patrones de alimentación demostraron que la mayoría de las especies de mosquitos exhiben un comportamiento generalista. De igual manera, se identificó la presencia de diversos virus específicos de insectos (ISVs) y un grupo común de estos virus en todas las especies de mosquitos analizadas. Esto sugiere que los factores ambientales y del hábitat podrían influir en la composición de las comunidades virales en estos insectos, especialmente entre especies que cohabitan en ecosistemas locales con características ecológicas similares. Los resultados obtenidos destacan la importancia de mantener y ampliar los estudios de vigilancia entomovirológica, especialmente en áreas con mínima intervención humana. Estos hallazgos soportan la alta probabilidad de que virus potencialmente patógenos se propaguen entre las poblaciones humanas y animales en contextos de deforestación y cambios ambientales. Además, estos hallazgos resaltan la necesidad de comprender mejor la composición viral de los mosquitos en diversos ecosistemas. Estudiar la influencia de las condiciones del hábitat rural local en la estructura y composición del viroma de los mosquitos vectores, podría proporcionar una base más sólida para el desarrollo de estrategias efectivas en el control vectorial y la prevención de futuros brotes de enfermedades transmitidas por vectores. En resumen, la presente tesis doctoral amplía el conocimiento sobre la vigilancia y detección de arbovirus en mosquitos Aedes de zonas urbanas y en otros mosquitos vectores de rurales de Colombia, siendo el primer estudio en usar la tecnología ONT en insectos y virus en el país. Además, esta investigación profundiza en la importancia de los virus específicos de insectos (ISV) en la biología y dinámica de los vectores. Utilizando herramientas moleculares, secuenciación de NGS y análisis metagenómicos, se describió la composición del viroma de Ae. aegypti, destacando cómo la presencia de los serotipos DENV-1 y DENV-2 influye en la estructura de los ISVs en este mosquito. Asimismo, se caracterizó los hábitos alimenticios y las comunidades virales en mosquitos de la familia Culicidae en regiones rurales estratégicas, revelando la dinámica de los flavivirus y las especies virales compartidas -ISV- en mosquitos del oriente colombiano. Este estudio subraya la importancia de integrar la vigilancia entomovirológica en los sistemas de salud pública para comprender mejor la transmisión de arbovirus y su potencial impacto en la salud humana y animal. Igualmente, esta investigación establece una base sólida para futuras exploraciones sobre las interacciones entre mosquitos, hospederos y virus en sus hábitats naturales, así como sus implicaciones en la competencia vectorial