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Microsoft Premonition ayuda en la lucha mundial contra los brotes de enfermedades

“¿Cómo está el clima?”

Es una pregunta sencilla, que no tenemos que pensar dos veces. Nuestros asistentes inteligentes, teléfonos o una simple búsqueda en internet pueden responderla. Pero hacer esas predicciones requiere de una red global de sensores de estaciones climáticas, analítica avanzada de datos y modernas supercomputadoras.

Microsoft Premonition prevé hacer lo mismo para predecir la distribución y evolución de microbios, virus y animales portadores de enfermedades en el bioma de la Tierra, o en la vida que nos rodea. Si el bioma pudiera ser monitoreado como el clima, los patógenos ambientales podrían ser detectados antes y los brotes podrían ser predichos antes de causar grandes epidemias.

Hoy, más que nunca, se necesitan nuevas redes globales de sensores para proteger nuestra salud, y la salud de nuestras economías y sociedades.

“Microsoft Premonition cambia el paradigma de reaccionar a conocidos patógenos a buscarlos de manera continua a medida que evolucionan”, comentó Ethan Jackson, director senior de Microsoft Premonition. “Estas señales podrían ayudarnos a detectar antes amenazas potenciales, responder más rápido y desarrollar nuevas intervenciones antes de que ocurran brotes”.

Microsoft Premonition es una sistema avanzado de alerta temprana que combina plataformas de detección robótica, inteligencia artificial, analítica predictiva y metagenómica a escala de nube, para monitorear de manera autónoma animales portadores de enfermedades como mosquitos, recolectar muestras ambientales de manera robótica, y luego escanearlas a nivel genómico en busca de amenazas biológicas.

Al igual que la predicción meteorológica, sus canalizaciones de analítica utilizan cómputo a escala de nube, para aprovechar los más recientes avances en Azure IoT y Azure Data Lake en Microsoft Azure. Hoy en día, las canalizaciones de Premonition han escaneado más de 80 billones de pares de base de material genómico de muestras ambientales en busca de amenazas biológicas.

Conozcan más sobre Premonition.

Recién se anunció Microsoft Premonition Cloud, que utiliza Microsoft Azure para agregar y analizar datos que son recolectados por Microsoft Premonition, y estará disponible en las próximas semanas, a través de un Programa de Acceso Temprano.

Se estima que entre el 60% y el 75% de las enfermedades infecciosas emergentes son causadas por patógenos que saltan de los animales a las personas. Esto incluye a virus como el Zika, Nilo Occidental, dengue y más reciente, a COVID-19.https://www.youtube-nocookie.com/embed/5dHqY5sCNFs?feature=oembed

Para cuando surgió el Zika en América, en 2016, el equipo comenzó a investigar nuevos enfoques de monitoreo por un año. De manera rápida produjeron una pequeña flota de prototipos. Estas primeras trampas robóticas inteligentes, que se asemejan a modelos a escala de condominios circulares de gran altura, fueron diseñadas para atraer, identificar y capturar mosquitos de manera autónoma, para brindar a los funcionarios de salud pública fuentes de datos que antes no estaban disponibles. La meta era ayudarles a decidir cuándo y dónde estarían los mosquitos que transmiten enfermedades, para entender mejor el riesgo del Zika.

El Condado de Harris, sede de la ciudad de Houston, Texas, fue la ubicación para el despliegue inicial de Project Premonition, que ahora ha madurado para convertirse en Microsoft Premonition. Avanzamos cuatro años y ahora, Microsoft Premonition y el Departamento de Salud Pública del Condado de Harris, comenzarán a construir una de las redes más avanzadas de detección de amenazas biológicas en una asociación expandida.

“Ha cambiado las reglas del juego”, así es como Douglas E. Norris, entomólogo y profesor de microbiología molecular e inmunología en la Universidad Johns Hopkins, describe el impacto de Premonition.

“Todo lo que hacemos hoy, en términos de tratamiento del mosquito, es reactivo: vemos muchos mosquitos y los rociamos con spray”, comentó Norris, que trabajó en el proyecto. “Imagina si tuvieras un sistema de pronóstico que te mostrara que en unos días vas a tener muchos mosquitos, basado en todos estos datos y modelos; entonces puedes ir y tratarlos antes de que muerdan, rociarlos, golpearlos temprano para que no tengas esos florecimientos grandes de mosquitos que podrían resultar en la transmisión de enfermedades”.

Es un enfoque más saludable para los humanos y para el medio ambiente, comentó Norris. Y también es un enfoque más rentable, en especial con el estrés al personal y los límites de presupuesto para los departamentos de salud pública que genera COVID-19 alrededor del mundo.

Basado en la idea de One-Health, un concepto que refuerza la idea de que la salud de los seres humanos depende del entorno en el que viven, Premonition ayuda a los sistemas de salud pública a medir mejor la eficacia de las intervenciones y los costos de diferentes enfoques.

“La mayoría de las cosas que pueden impactar nuestra salud, la salud de nuestras sociedades y de nuestras economías, son pequeñas”, mencionó Jackson. “Son cosas como los artrópodos: mosquitos y garrapatas, o microbios y virus que son aún más pequeños; están a escala de milímetros, micras y nanómetros”.

La plataforma de detección robótica de Microsoft Premonition capturará, recolectará, agregará y analizará datos sobre estas pequeñas amenazas, que a menudo parecieran invisibles.

“Todas las redes de sensores que tenemos hoy: redes que hacen cosas como recolectar datos para predecir el clima, recolectar datos sobre la red eléctrica para poder equilibrar las cargas, recolectar información sobre lo que hace el tránsito para poder predecirlo, todas esas redes de sensores, que en realidad son cientos y cientos de millones de sensores, no pueden ver a estas importantes especies”, comentó Jackson.

“Estas formas de vida de las que hablamos son invisibles para todos esos sensores que hemos desplegado por el mundo. Y cuando lo piensas es algo increíble, que tengamos un punto ciego tan grande sobre lo que hay en el ambiente”.

En 2016, durante el pico de riesgo de transmisión de Zika, 10 trampas robóticas inteligentes fueron entrenadas en el Condado de Harris para identificar y capturar de manera selectiva mosquitos relevantes, y lo hicieron con una precisión cercana al 90%. Además, los análisis metagenómicos detectaron microrganismos y virus en los especímenes de mosquitos e identificaron los tipos de animales con los que se alimentaban.

Ahora, con el próximo despliegue de Microsoft Premonition, el Condado de Harris tendrá una red de sensores a escala, para brindar “conciencia situacional biológica continua”, mencionó Jackson. “Van a poder mirar un mapa y ver en tiempo real lo que sucede ahora. Que, desde la analogía meteorológica, no existe todavía. Un pronóstico a 24 horas les permite planear de manera temprana intervenciones específicas en el medio ambiente”.

“Queremos un futuro donde los patógenos emergentes, como el Zika, puedan ser detectados y suprimidos de manera rápida y equitativa en el Condado de Harris”, comentó el doctor Umair Shah, director ejecutivo de salud pública del Condado de Harris.

“Esta asociación también evaluará nuevas capacidades genómicas para detectar patógenos conocidos y emergentes a partir de muestras ambientales, lo que sabemos es de especial importancia para enfermedades como COVID-19”.

El futuro de la salud pública “depende de la innovación: ciencia innovadora, ingeniería innovadora y políticas innovadoras”, comentó. “Estamos emocionados por continuar esta jornada con Microsoft, mientras aprendemos juntos”.

El siguiente paso es poder pronosticar “cuándo y dónde podría surgir la amenaza, no sólo en 24 horas, sino, digamos, dentro de un mes”, comentó Jackson. “Y para hacer esto, vamos a volver a fabricar y diseñar modelos epidemiológicos para que podamos decir al Condado de Harris: ‘Esta es una ubicación en la que, dentro de un mes, hay una alta posibilidad de un brote de virus del Nilo Occidental’”, el virus primario salido de los mosquitos en el Condado de Harris.

Nicolas Villar observa una pieza de equipo de laboratorio que forma parte de Project Premonition
“Tratamos de resolver problemas en verdad importantes que la humanidad enfrenta hoy en día, y en una escala que es muy emocionante”, comentó Nicolas Villar, arquitecto principal de hardware. Foto cortesía de Microsoft.

En los últimos cinco años, las tecnologías de Premonition han sido probadas en diferentes hábitats, que van desde las arenas de los Cayos en Florida, a los remotos bosques de Tanzania, en África. “La biología es difícil y queremos hacerlo bien”, comentó Jackson. La ciencia no puede apresurarse.

Los sistemas de Premonition son desarrollados en “Premonition Proving Ground”, una instalación Arthropod Containment Level 2 (ACL-2) de última generación, donde los mosquitos salvajes pueden ser criados, digitalizados y observados, para desarrollar algoritmos de identificación y evaluar diseños de dispositivos. El campus de Microsoft en Redmond es también el centro para escanear muestras ambientales a través de cómputo, obtenidas y secuenciadas por socios colaboradores, en busca de patógenos.

Detener amenazas de enfermedades antes de que causen brotes es un desafío entre disciplinas e industrias.

La profunda colaboración con el mundo académico es importante para desarrollar la tecnología correcta, con base en el mejor entendimiento de la ciencia subyacente. De manera reciente, la Fundación Nacional de Ciencias (NSF, por sus siglas en inglés), otorgó la beca “Convergence Accelerator”, que incluye a socios académicos de la Universidad Vanderbilt, la Universidad Johns Hopkins, el Instituto para las Métricas y Evaluación de Salud en la Universidad de Washington, y la Universidad de Pittsburgh. NSF Convergence Accelerator es una de las “10 grandes ideas” de la NSF para acelerar la innovación de manera rápida.

“Este proyecto brindará contribuciones duraderas para la salud de los seres humanos y la preparación frente a pandemias”, comentó la NSF sobre esta subvención, y destacó que “a medida que los datos profundos del bioma escalen de manera potencial, las ciencias de la vida se verán abrumadas con información genómica. La convergencia debe liderar hacia nuevos métodos para aprovechar de manera eficiente esos datos y obtener información de valor de manera autónoma”.

Los colaboradores industriales también son cruciales para el éxito. Bayer, tal vez mejor conocido por su aspirina, pero también una de las compañías agrícolas líderes en el mundo, juega un rol importante al brindar salud pública con tratamientos para suprimir a las poblaciones de mosquitos. Por ejemplo, en asociación con otras compañías líderes en el control de vector, trabajan para erradicar la malaria para el año 2040. De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud, en 2018, casi la mitad de la población del mundo estuvo en riesgo de contraer malaria.

“Es por eso que necesitamos tener en nuestra caja de herramientas un conjunto diverso de soluciones, incluidas aquellas que nos brindan información de valor”; comentó Jacqueline Applegate, presidenta de semillas vegetales y ciencia ambiental globales en Bayer. “Microsoft Premonition nos brinda la oportunidad de poder obtener una perspectiva mucho más realista”.

Premonition permitirá a Bayer “utilizar datos, herramientas de información y recursos en nuevas maneras, para que podamos ser más prescriptivos y para optimizar nuestras estrategias de control de vector para que tengan un mayor impacto”, mencionó. “Y a medida que la intervención se vuelve más precisa, podemos ayudar a liberar capacidad para los países, que a menudo tienen recursos limitados, para otros problemas de salud pública”.

Microsoft Premonition cambia el paradigma de reaccionar a patógenos conocidos, a buscarlos de manera continua a medida que estos evolucionan.

Adicional a esto, con las operaciones de control de vector de los países de todo el mundo interrumpidas, y los sistemas de salud estresados debido a COVID-19, es más importante que nunca poder tener a disposición un sistema de pronóstico de amenazas biológicas, comentó Applegate.

“Cualquier forma con la que podamos ser preventivos, proactivos y podamos prevenir enfermedades es en verdad bienvenida”, mencionó.

Nicolas Villar, arquitecto principal de hardware en Microsoft Premonition, trabaja para diseñar la siguiente generación de trampas robóticas inteligentes. Los bichos de cualquier tipo no eran parte de sus antecedentes. Entre su trabajo, Villar lideró en conjunto el desarrollo de Project Torino, una herramienta educativa para enseñar a los niños con deficiencias visuales los fundamentos de la programación, y Project Emma, una plataforma para estudiar los efectos atenuantes de la vibración en los temblores experimentados por los pacientes con Parkinson.

“En su mayoría, mis antecedentes han sido en trabajar con tecnologías interactivas, cosas que la gente toca de manera directa y cambian la manera en que la gente aprende, juega o se vuelve saludable en maneras diferentes”, comentó Villar. “Aprender a trabajar con biología e insectos ha sido un mundo diferente por completo. Una cosa que me motiva para este proyecto es que aunque mucho del trabajo es técnico, el impacto que tiene es muy humano. Tratamos de resolver problemas muy importantes que la humanidad enfrenta en la actualidad, y a escala eso es muy emocionante”.

“Está claro que Microsoft Premonition tiene una perspectiva muy diferente de cuando comenzamos el proyecto, cuando hicimos la pregunta fundamental: ‘¿Podemos usar un mosquito para entender a los patógenos mientras vuelan por el ambiente?’”, comentó Jackson.

“En el camino, hemos aprendido que las tecnologías existentes no podían operar a escala para el monitoreo del bioma. Construimos algoritmos, nuevos modelos impulsados por datos, y un terreno de prueba desde cero, para entrenar a esos algoritmos y modelos, desde los tornillos y paneles físicos, hasta las arquitecturas de nube. Ese aprendizaje tomó tiempo y esfuerzo, pero ahora podemos construir una red que puede monitorear a los pequeños, para que podamos predecir a los grandes”.

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