Construir una mejor trampa para mosquitos: Cómo un proyecto de investigación de Microsoft podría ayudar a rastrear la propagación del Zika

Conforme el clima caliente y húmedo desciende en el condado de Harris, Houston, en primavera, el equipo de vigilancia de mosquitos del condado se prepara para la temporada de mayor actividad en su lucha para ganar la batalla contra peligrosas enfermedades transmitidas por los mosquitos, como el Zika.

Este año el equipo tuvo una nueva arma en su caja de herramientas: Una trampa para mosquitos de aspecto elegante que, de acuerdo con los expertos, es la mayor innovación en tecnología de trampas en las últimas décadas.

"Es realmente mil veces mejor", dijo Mustapha Debboun, director de Salud Pública de la división de control de mosquitos del condado de Harris.

La trampa prototipo, que forma parte de la amplia investigación del Proyecto Premonition de Microsoft, está diseñada para realizar cosas de manera automática, que antes los entomólogos tenían que hacer de forma manual.

Por ejemplo, esta nueva trampa, que se está implementando en el área de Houston por primera vez este mes como parte de un proyecto piloto, está diseñada sólo para recoger el tipo de mosquito del cual el entomólogo quiere realizar un seguimiento, en lugar de una mezcolanza de mosquitos, moscas, polillas y otros insectos que los científicos tendrían que recolectar de  manera manual.

La trampa también puede informar a los investigadores a qué hora fueron atrapados los mosquitos, así como saber cuál es la temperatura, el viento y la humedad cuando el mosquito voló. Y está diseñada para soportar la lluvia, el viento y otros elementos que pueden estropear las trampas tradicionales y dejarlas fuera de servicio.

"Tendremos una gran cantidad de datos que nunca antes habíamos tenido sobre el comportamiento de los insectos", dijo Ethan Jackson, un investigador de Microsoft que lidera el Proyecto Premonition.

Debboun y su equipo en Harris County Public Health esperan que las trampas puedan proporcionar información más rápida y precisa acerca de dónde pueden encontrar los mosquitos que presentan el mayor riesgo para la salud, ya que podrían ser causantes de la propagación de enfermedades como el dengue, el chikungunya, el virus del Nilo Occidental, encefalitis de St . Louis y Zika. Eso, a su vez, permitirá que el equipo se enfoque en las áreas de la vasta provincia que más lo necesitan, ahorrando tiempo y dinero.

"En un condado con este tamaño y alcance, no tenemos los recursos para cubrir el condado sólo con aerosol, aerosol, aerosol," dijo Les Becker, director adjunto y director de operaciones de Salud Pública del condado de Harris. "Tenemos que encontrar la manera de hacerlo lo más eficiente posible."

Para reunir toda esta información, las trampas utilizan dos microprocesadores pequeños, que funcionan con baterías, y que recolectan datos que luego pueden ser descargados de forma inalámbrica y enviados a la nube. También se apoyan en los últimos avances en una rama de la inteligencia artificial llamada aprendizaje automático para obtener información de valor, que ofrece la capacidad de diferenciar entre los mosquitos que quieren para atrapar y los insectos que no.

Para los investigadores que han confiado en trampas que tienen décadas de antigüedad para realizar el seguimiento de brotes de enfermedades del siglo XXI, la trampa es un gran paso adelante.

"Para un científico esto es un sueño hecho realidad", dijo Debboun, quien contactó a Microsoft y preguntó si el departamento de Salud Pública del Condado de Harris podría involucrarse después de haberlo escuchado el año pasado. "Esto es algo tan nuevo e innovador, tan avanzado en el ámbito tecnológico."

En busca de hacer la diferencia

Cuando Jackson y el resto del equipo de investigación pusieron en marcha del Proyecto Premonition el año pasado, no se plantearon iniciar de inmediato el seguimiento de un problema de salud pública como el Zika.

En su lugar, esperaban embarcarse en un esfuerzo de investigación de cinco años destinado a ayudar a los funcionarios a detectar el próximo gran problema de salud pública antes de que llegara a los principales centros de población.

[caption id="attachment_11055" align="alignleft" width="480"] Crédito de la imagen: Microsoft[/caption]

"El proyecto Premonition está diseñado para detectar un brote como el Zika antes de que se convierta en un problema mayor en las clínicas", dijo Jim Pipas, el Herbert W. Boyer y Grace Boyer de Biología Molecular de la Universidad de Pittsburgh y uno de los científicos que trabajan en proyecto Premonition. "Es un sistema de alerta temprana".

Para ello, los investigadores planean primero atrapar a los mosquitos – con el uso de la nueva trampa - en áreas remotas fuera de la gran ciudad. Después, utilizarán los últimos avances de la biología molecular y de aprendizaje automático para analizar el contenido de los mosquitos en busca de signos de una nueva enfermedad y con alto potencial de peligrosidad que pueda estar empezando a aparecer.

La capacidad para obtener de forma proactiva un avance en la lucha contra un brote como el Zika, antes de convertirse en una importante amenaza para la salud, es una gran ventaja sobre el sistema actual. En este momento, los funcionarios de salud pública reaccionan a un brote de la enfermedad una vez que ya se ha extendido y que los médicos comienzan a detectar los efectos nocivos, tales como los devastadores defectos congénitos vinculados con el Zika.

El proyecto no está dirigido a la curación de este tipo de enfermedades. En cambio, el objetivo es evitar que la gente entre en contacto con las enfermedades para mitigar su propagación, en primer lugar.

"Esto no va a resolver el problema del Zika o el problema del dengue o la emisión del Chikungunya," dijo Douglas Norris, profesor de microbiología molecular e inmunología en la Universidad Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health que está trabajando en el proyecto. "Pero es de esperar que este proyecto mejorará nuestra capacidad para detectarlos."

El desarrollo de este sistema de alerta temprana está todavía en camino. Pero cuando el virus Zika empezó a expandirse, los investigadores se dieron cuenta de que, incluso en esta etapa temprana del proyecto, su investigación podría ayudar con la amenaza de salud pública más inmediata también.

"A pesar de que no estamos listos para implementar, estamos tratando de ver si podemos hacer una diferencia", dijo Pipas.

El entrenamiento de las trampas y el seguimiento del Zika

Las primeras versiones de las trampas de mosquitos que se utilizan en el área de Houston tienen dos objetivos. Ayudarán a realizar un seguimiento a los entomólogos de los mosquitos que pudieran ser portadores de Zika u otras enfermedades nocivas en este momento, mientras que también dará a los investigadores la información que necesitan para comenzar a hacer realidad la promesa del Proyecto Premonition.

El primer paso es entrenar a las nuevas trampas para mosquitos para hacer mejor su trabajo.

El sistema está diseñado para reconocer en qué tipo de mosquitos debe ponerse atención con base en los alerones de las alas del mosquito. Pero para ello se necesita lo que los expertos llaman entrenamiento de datos: montones y montones de ejemplos de mosquitos y otros insectos que vuelen hacia las trampas. Eso es lo que esperan recolectar en Houston.

Esos datos se pueden utilizar para construir un algoritmo que utiliza el aprendizaje automático para ayudar a la trampa aprender a identificar de manera correcta al mosquito que debería capturar, y no reaccionar a otros tipos de mosquitos, o insectos no relacionados, cuando tratan de volar hacia la trampa.

Dado que cada mosquito vuela en su propia caja individual, las nuevas trampas también pueden grabar el tiempo de vuelo y factores ambientales como el viento, la temperatura y la humedad que estaban presentes en el momento. Eso podría ayudar a los científicos a comprender los detalles de cómo un virus se está propagando, tales como qué tipo de mosquito infecta a las personas y si esos mosquitos son más propensos a comer por la noche, o cuando las temperaturas alcanzan un cierto punto.

"Se recolecta una gran cantidad de datos que normalmente no conseguimos", dijo Norris. "Podemos usar eso para averiguar soluciones del mundo real, tal como si podrían funcionar los mosquiteros."

[caption id="attachment_11056" align="aligncenter" width="800"] Ethan Jackson, investigador de Microsoft que lidera el Proyecto Premonition. Crédito de la imagen: Brian Smale.[/caption]

En busca de nuevos virus

En el laboratorio, los investigadores también pueden observar más de cerca a cada mosquito para averiguar cuál de ellos se alimenta y qué virus propaga. Los investigadores están usando los mosquitos que atraparán en Houston este verano como entrenamiento para el sistema de datos diseñado para detectar posibles brotes de enfermedades.

Jonathan Carlson, investigador senior del Grupo de Naturaleza y Cómputo en Microsoft Research, dijo que el sistema que construyen es similar al tipo de sistema utilizado para clasificar las páginas web.

Pero en lugar de averiguar qué páginas web son de béisbol o de fútbol, ​​este sistema trata de averiguar qué virus son los que estos mosquitos propagan y si han comenzado a surgir otros nuevos de los que hay que preocuparse.

Los últimos avances en la ciencia informática y la biología molecular han logrado que sea más práctico para los investigadores la búsqueda a través de la "sopa" de mosquitos y de la sangre con la cual ellos se alimentan para averiguar cuáles son los virus y microbios que podrían andar al acecho por ahí.

"La gran mayoría de los genomas son desconocidos", dijo Carlson. "¿Tenemos que averiguar lo que está en esa sopa?"

El siguiente paso: Drones

Además de la construcción de mejores trampas y el desarrollo de modelos de análisis, el equipo del Proyecto Premonition también trabaja en formas en las que la tecnología de aviones no tripulados podría ser utilizada, tanto para el objetivo a corto plazo para ayudar a realizar un seguimiento de la propagación de Zika y otras enfermedades, como en el largo plazo con el objetivo de mitigar el siguiente brote de la enfermedad.

[caption id="attachment_11066" align="alignleft" width="480"] Crédito de la imagen: Brian Smale[/caption]

A corto plazo, los investigadores esperan poder utilizar aviones no tripulados equipados con tecnología de visión por computadora para buscar áreas donde se junten los mosquitos que podrían ser portadores de enfermedades. El uso de aviones no tripulados en lugar de la gente podría ser otra manera de ahorrar tiempo y dinero.

A largo plazo, los investigadores esperan usar aviones no tripulados para transportar y colocar sus nuevas trampas de mosquitos en áreas remotas, en lugar de ir de excursión por varias horas para hacerlo de una manera manual.

"Será un aumento revolucionario en la eficiencia", dijo Pipas.

De vuelta en el condado de Harris, Becker dijo que los funcionarios de salud pública ya observan los beneficios a largo plazo del proyecto Premonition.

Por ejemplo, algunos científicos han teorizado que las aves pueden estar jugando un papel en el fuerte aumento del virus del Nilo Occidental en el condado de Harris, pero no han tenido ninguna fuente de datos para explorar ese problema. La capacidad de averiguar de qué animal se alimenta el mosquito, con base en los datos del proyecto Premonition, podría permitir que vean hacia esa línea de investigación.

"La pieza de datos nos permite hacer preguntas que nunca antes hemos sido capaces de hacer ", dijo Becker.