Cómo rastrear enfermedades infecciosas para evitar su propagación

La pandemia de covid-19 ha dejado muy claro que la prevención es una de las herramientas más potentes con la que contamos para evitar la propagación de enfermedades infecciosas. Vacunación, limitar los contactos, restringir los viajes, las mascarillas. Todas ellas y más son algunas de las medidas que se han creado para reducir los contagios. Todo ello se basa en las redes, en las conexiones que tenemos en nuestro entorno. Y es que la salud pública en general, pero también la economía y hasta nuestra vida social, dependen en gran medida de este tipo de interacciones que van desde las redes moleculares de patógenos diminutos hasta las complejas redes de nuestros sistemas de transporte, de la ecología y de los sistemas de gobierno.

Estas redes son la forma en que se organiza la sociedad y afecta a diferentes fenómenos, desde la transmisión de información hasta la propagación de enfermedades contagiosas. Cuantos más vínculos establezcamos entre nosotros a través de las redes sociales y de transporte más se favorece la difusión del «mensaje», sea una noticia o un virus. Estudiar estas redes por lo tanto es clave para poner barreras que dificulten la propagación.

El mayor problema es que se trata de sistemas complejos en los que cada parte es autónoma y a menudo su comportamiento es complejo de predecir. A eso hay que sumar que cada individuo puede relacionarse con uno o decenas de otros, facilitando la propagación. Son redes de gran tamaño, densas y engorrosas de manipular. La ventaja es que están presentes en nuestra vida cotidiana de modos muy diversos: en nuestras relaciones de trabajo, en la conexión de nuestras neuronas y en los sistemas de raíces de los bosques. Eso permite a los científicos analizar estas redes desde distintas perspectivas.

En un estudio publicado en 2021, un equipo de expertos liderados por Luís M. Rocha del Instituto Gulbenkian de Ciencia (IGC, en Portugal) identificó una forma de simplificar este tipo de redes extrayendo sus «backbones» o ejes, las conexiones más importantes. Al quitarlas de la ecuación las conexiones se vuelven más lentas y difíciles. El principio detrás de este método, explica el equipo de Rocha en su estudio, es bastante simple: se basa en encontrar la ruta más corta para llegar a todos los demás puntos de una red y eliminar aquellas alternativas que resultan redundantes y solo son rutas más largas. «Esto es importante para comprender la dinámica de los fenómenos de propagación y comunicación en las redes del mundo real –confirman los autores del estudio–. Demostramos que los ejes son muy similares en redes que van desde el tráfico aéreo hasta el conectoma del cerebro humano. Y la clave es encontrar el camino más corto. ¿Cómo lo hacemos? En el mundo tridimensional en el que vivimos estamos acostumbrados a pensar en términos de caminos más cortos, por ejemplo, cómo ir de casa al trabajo a través del camino más corto/más rápido. Pero en los sistemas multidimensionales (que agregan tráfico, múltiples modos de transporte y construcciones viales), el camino más corto no es necesariamente el camino directo entre dos puntos. Esa es la clave».

Una vez descubierta la importancia de los ejes en las redes era necesario probarlo en contactos reales y ver cómo influir para detener las conexiones. Y eso es precisamente lo que ha hecho el equipo de Rocha de acuerdo con un estudio publicado esta semana.

Para esto, utilizaron contactos previamente registrados entre casi 3.000 personas que usan sensores de proximidad portátiles en una variedad de entornos sociales, incluidas escuelas, un hospital y una exhibición de arte. En total 9 entornos diferentes y en distintos países: Estados Unidos, Francia e Irlanda. Luego transformaron estos datos de contacto en redes sociales, donde los enlaces representan la cantidad de tiempo que las personas pasan juntas. Y ésta es la clave para comprender las redes: los individuos que las forman y el tiempo que permanecen relacionadas entre sí.

Reducir las conexiones

Los investigadores concluyeron que la columna vertebral de las redes sociales de contacto era muy pequeña. «Esto significa que muchas conexiones en las comunidades humanas son redundantes –explica Rion B. Correia, coautor del estudio–, es decir, hacen lo mismo, repiten patrones. Si dejamos solo las redundancias y bloqueamos los ejes dificultamos mucho la propagación».

Lo que han hecho los autores es eliminar las redundancias, lo que disminuye el tamaño de las conexiones entre un 6 y un 20% de las redes originales. Esto permite obtener una mejor comprensión de cómo las comunidades se organizan y estudiar las dinámicas de transmisión. Con ello los investigadores demostraron que este tipo de análisis constituye una herramienta confiable para explicar cómo se propagan procesos, como la infección viral en una población, así como para identificar los contactos sociales más relevantes para frenar el contagio.

Los autores analizaron diferentes entornos y las redes escolares fueron determinantes, en especial las redes de institutos franceses y estadounidenses. Gracias a ellas descubrieron que la mitad de estas redes se conectan a individuos por caminos 30 veces más cortos gracias a los ejes. La eliminación de estos ejes, por lo tanto, tiene un impacto cuantificable. Y, como estos ejes o red troncal son pequeños y fáciles de detectar, es posible diseñar estrategias de intervención.

Pero las implicaciones de la columna vertebral de los sistemas sociales van mucho más allá de la epidemiología, de cómo prevenir la propagación de un virus o reducir la tasa de contagios. «Nuestra investigación básica sobre redes troncales agrega otra herramienta en el estudio de las redes que vinculan el virus más pequeño con la economía más potente –añade Rocha –. Es solo a través de la comprensión fundamental de cómo interactúan estos sistemas que podemos resolver estos problemas del siglo XXI».

En pocas palabras, identificar los ejes de estas redes puede servir para evitar la propagación de noticias falsas, anticiparse a caídas de bolsa y crear intervenciones a nivel neuronal para reducir el impacto de trastornos a nivel cerebral. Si se corta la propagación de una enfermedad en las neuronas con mayor conexiones, da tiempo para tratar la dolencia y luego sí, reestablecer las conexiones originales.