Secuenciación genómica: Cuando el futuro nos alcance

Escrito por Andrea Monserrat Negrete Paz y Ma. Soledad Vázquez Garcidueñas

Actualmente se han secuenciado de manera parcial o completa, alrededor de 15 mil especies en nuestro planeta, debido al abaratamiento de los costos de secuenciación. Pero ¿qué tan cercana es la realidad de poder secuenciar nuestro genoma, no a nivel de especie sino de manera individual? ¿Qué beneficios tendríamos si pudiéramos llegar a hacerlo?

 

A caray… Eso si me interesa

Para responder estas preguntas es necesario conocer al protagonista: El genoma, éste es el conjunto de toda la información genética contenida en el ADN e incluye las instrucciones necesarias para que los organismos desarrollen las características que los hacen únicos, sin importar si se trata de una bacteria, una planta, un animal o una persona. En los seres humanos, el genoma consta de 23 pares de cromosomas que se encuentran en el núcleo, así como un pequeño cromosoma que se encuentra en las mitocondrias de las células. Cada conjunto de 23 cromosomas contiene aproximadamente 3.2 mil millones de pares de bases, es decir dos nucleótidos opuestos y complementarios en la cadena de ADN. A pesar de ser secuencias tan largas, se trata de estructuras pequeñísimas e invisibles para los ojos. Para obtener esas pequeñas estructuras a partir de un organismo, los científicos utilizan técnicas tanto experimentales como de análisis computacional.

  1. En primer lugar, se extrae el ADN de las células del organismo del cual nos interesa obtener su secuencia genómica en un tubo especial de laboratorio, mediante una serie de pasos que nos permiten eliminar todo lo que no se trate de ADN.
  2. Después hay que cortarlo en pedazos, como si cortáramos una tira larga de papel en muchas partes y una vez que tenemos los pedacitos hay que hacer múltiples copias de cada uno.
  3. Con este método de copiado, se obtienen conjuntos de millones de copias del mismo pedazo de ADN.
  4. Después, cada una de estas pequeñas secuencias es leída -en un secuenciador- para saber el orden correcto que siguen las bases y así obtener lecturas de cada pedazo de ADN.

Si queremos darnos una idea de cuántas lecturas obtendríamos, tenemos que dividir el tamaño del genoma que hemos secuenciado entre el tamaño de la lectura que realiza el secuenciador. Por ejemplo, si utilizamos un secuenciador “Illumina MiSeq” que realiza lecturas de 300 pares de bases para secuenciar el genoma humano de 3.2 mil millones de pares de bases, obtendríamos cerca de 10.3 millones de lecturas.  ¿Y… ahora qué sigue?

 

Armando el rompecabezas

Una vez que tenemos estas lecturas, necesitamos encontrar su orden, ya que si recuerdas, partimos la cadena de ADN en muchos pedazos; es como si tuviéramos que armar un rompecabezas de más de ¡10 millones de piezas! Suena bastante complicado y si además agregamos que puede haber muchas piezas repetidas en este rompecabezas, que es nuestro genoma, podríamos pensar que es una tarea imposible. Sin embargo, existen diversos programas de computadora que nos ayudan a resolver la tarea de encontrar la mejor opción en el armado de esta secuencia de ADN.

Al final de este proceso tenemos nuestro genoma secuenciado, pero si queremos saber a qué “se dedica” cada porción de información en el genoma ¿cómo podemos hacerlo? Pues habría que “anotar” ese genoma, con anotar nos referimos a que debemos leer el genoma secuenciado, esto no sólo implica conocer el número de genes que posee, sino también muchas características específicas de cada gen, como por ejemplo su tamaño, su posición específica en el genoma, la función que desempeña, si se encuentra solo o quiénes son sus genes vecinos, de esta manera podemos tener toda la información descifrada.

 

¿Una herramienta para todos?

Si nos preguntamos ¿qué tienen en común la actriz Glenn Close, el cantante y vocalista de la banda Black Sabbath, Ozzy Osbourne y James D. Watson, uno de los considerados co-descubridores de la estructura de doble hélice del ADN? la respuesta podría sorprendernos un poco, ya que fueron de los primeros seres humanos en obtener su genoma secuenciado completamente. Mientras que el primer genoma humano costó cerca de 3 mil millones dólares y tardó más de una década en producirse, en 2010 la compañía de secuenciación estadounidense “Illumina” secuenció el genoma de la actriz Glenn Close por 300 mil dólares.

Actualmente, el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, ha estimado que obtener la secuencia completa de un genoma humano tiene un costo de aproximadamente 1000 dólares, aunque en noviembre de 2018, se anunció el desarrollo de un nuevo secuenciador por parte de la empresa “Illumina”, considerada como la empresa líder en servicios de secuenciación a nivel mundial, lo que significaría una reducción en el costo de secuenciación hasta casi el 10% del costo actual, es decir ¡100 dólares!.

Con el desarrollo de esta tecnología de secuenciación a bajo costo, podríamos obtener nuestra secuencia genómica por el precio de un teléfono celular.

 

Pero si ya se secuenció el genoma de James Watson, ¿para qué secuenciar el mío?

No existe un genoma humano único, cada individuo tiene sus propias particularidades y cambios frente a lo que podríamos considerar una secuencia "consenso”, es decir, si comparáramos todos nuestros genomas, habría bases en la secuencia que aparecerían con mayor frecuencia en cada posición, pero algunos de nosotros podríamos tener una base distinta –por ejemplo en la posición 16 de nuestro genoma, la mayoría tendrá una adenina pero habrá algunos otros que tengan una citosina- por lo que podríamos obtener una secuencia “consenso” o representativa del genoma humano basada en las frecuencias.

Estas pequeñas diferencias representan el 0.01% de nuestro genoma, ya que se calcula que todos los seres humanos compartimos más de un 99.9 % de similitud en el mismo. Son esas variantes las que dan sentido al estudio de un genoma personal. La forma en que actúan dichas variantes puede ser muy diversa ya que un cambio en una base de la secuencia de ADN puede inducir una modificación en la función de la proteína, pueden cambiar la expresión de ciertos genes o incluso pueden afectar a otros mecanismos aún desconocidos. Esto tiene múltiples consecuencias, como la predisposición a contraer determinadas enfermedades, como el cáncer, el Parkinson o la diabetes: también indican qué tratamientos aceptará mejor nuestro organismo, lo que ayuda a diseñar fármacos más efectivos, y qué dietas nos convienen. Incluso reflejan si somos o no propensos al alcoholismo o a tener mellizos. Qué interesante ¿verdad? 

«Podemos estar seguros que la secuenciación de genomas personales, es la base de la medicina personalizada: podría ayudarnos a definir riesgos, predecir respuestas, escoger o mejorar tasas de éxito en el tratamiento, entre muchas otras aplicaciones, pero al menos por el momento tendremos que esperar un poco hasta que secuenciar nuestro genoma sea tan común como sacarse una radiografía o tomarse una resonancia magnética» 

   

Estudios de asociación en todo el genoma. (2019). National Human Genome Research Institute. https://www.genome.gov/27562846/estudios-de-asociacin-en-todo-el-genoma/

Reguero-Reza, M.T. (2013). 10 años de la secuenciación del genoma humano: Encuentro entre el imaginario y la realidad. Revista Colombiana de Biotecnología. 15(1), 5-7.

Bermudez-Santana, C. I. (2016). Aplicaciones de la bioinformática en la medicina: el genoma humano.¿ Cómo podemos ver tanto detalle?. Acta Biológica Colombiana. 21(1), 249-258.

Herránz, A. S., Escrig, A. J., Gobernado, I. (2012). Secuenciación de genoma completo: un salto cualitativo en los estudios genéticos. Revista de neurología. 54(11), 692-698.

 

Andrea Monserrat Negrete Paz, estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas, en la Opción de Biotecnología Molecular.

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Ma. Soledad Vázquez Garcidueñas, profesora investigadora en la División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ciencias Médicas y Biológicas “Dr. Ignacio Chávez” de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.

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