Un enfoque integrador de modelización que combina datos de secuencias genéticas del patógeno (filogenias) con modelos epidemiológicos (por ejemplo, marcos coalescentes o birth–death) para inferir la historia de transmisión, cambios en el tamaño efectivo de la población y migración o propagación a lo largo del tiempo, sujeto a las limitaciones de muestreo y tasa evolutiva.

Principio

Los patrones de ramificación genealógica y la diversidad genética codifican información sobre procesos de transmisión pasados; integrar datos genéticos con modelos epidemiológicos restringe las estimaciones de tasas de transmisión, la cronología de los eventos y la dinámica poblacional más allá de lo que cada tipo de dato puede proporcionar aisladamente.

Demostración

Escenario ilustrativo: durante un brote, secuencias de patógeno con fecha de muestreo procedentes de casos se usan con un modelo filodinámico birth–death para estimar la tasa de crecimiento epidémico y la probable fecha(s) de introducción; los tiempos de ramificación del árbol genético informan sobre el ritmo de transmisión cuando la acumulación de mutaciones permite resolución.

Aplicación incorrecta

Interpretar una filogenia muestreada como un árbol de transmisión definitivo (es decir, afirmar que los nodos internos corresponden a eventos de transmisión individuales) sin tener en cuenta el muestreo incompleto, la diversidad intra-huésped y las suposiciones del modelo; el error es confundir una genealogía poblacional con transmisiones exactas persona a persona.

Consecuencia

Cuando es aplicable, la inferencia filodinámica afina estimaciones de trayectorias del número reproductivo, la datación de introducciones y las vías de propagación espacial, informando vigilancia, reconstrucción del brote y priorización del control. La fiabilidad disminuye con un muestreo escaso o con señal genética débil.

Inversión

Si la evolución molecular del patógeno es demasiado lenta respecto a la escala temporal de la epidemia, o si el muestreo es escaso o sesgado, los datos genéticos aportan poca información adicional y las inferencias filodinámicas son débiles o no identificables; en esos casos, los métodos epidemiológicos tradicionales pueden ser más informativos.

Límite

Claramente dentro: análisis que acoplan explícitamente árboles derivados de secuencias con modelos epidemiológicos para inferir parámetros en el tiempo. Caso límite: descripciones filogeográficas o filotemporales que usan árboles de forma descriptiva sin acoplamiento epidemiológico formal. Claramente fuera: análisis filogenéticos independientes centrados en taxonomía o relaciones evolutivas profundas no destinados a inferir dinámica epidémica.

Tensión semántica

Tensión entre la mayor resolución que la genética puede aportar y las fuertes suposiciones de datos y modelos requeridas (tasa de mutación suficiente, muestreo representativo, elección correcta del modelo); obtener poder de inferencia de las secuencias conlleva sensibilidad al sesgo de muestreo y a la especificación errónea del modelo evolutivo.

Síntesis

Los modelos filodinámicos vinculan escalas temporales evolutivas y epidemiológicas para recuperar aspectos de la historia de transmisión que son de otro modo no identificables, pero su utilidad depende de manera crítica del diseño del muestreo y de la magnitud de la señal de reloj molecular en relación con la epidemia.