Investigadores del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI), parte de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos, han producido la primera secuencia de ADN de extremo a extremo de un cromosoma humano, según publican en la revista ‘Nature’.
Los resultados muestran que ahora es posible generar una secuencia precisa, base por base de un cromosoma humano, y permitirá a los investigadores producir una secuencia completa del genoma humano.
“Este logro comienza una nueva era en la investigación genómica –destaca Eric Green, director del NHGRI–. La capacidad de generar secuencias verdaderamente completas de cromosomas y genomas es una hazaña técnica que nos ayudará a obtener una comprensión integral de la función del genoma e informar el uso de información genómica en la atención médica”.
Después de casi dos décadas de mejoras, la secuencia de referencia del genoma humano es la secuencia de genoma de vertebrados más precisa y completa jamás producida. Sin embargo, hay cientos de huecos o secuencias de ADN que faltan que se desconocen.
Estas brechas suelen contener segmentos de ADN repetitivos que son excepcionalmente difíciles de secuenciar. Sin embargo, estos segmentos repetitivos incluyen genes y otros elementos funcionales que pueden ser relevantes para la salud y la enfermedad humana.
Debido a que un genoma humano es increíblemente largo y consta de aproximadamente 6.000 millones de bases, las máquinas de secuenciación de ADN no pueden leer todas las bases a la vez. En cambio, los investigadores cortan el genoma en piezas más pequeñas, luego analizan cada pieza para producir secuencias de unos cientos de bases a la vez. Esas secuencias de ADN más cortas se deben volver a unir.
El autor principal Adam Phillippy, también del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI) compara este problema con la resolución de un rompecabezas.
“Imagine tener que reconstruir un rompecabezas. Si está trabajando con piezas más pequeñas, cada una contiene menos contexto para averiguar de dónde vino, especialmente en partes del rompecabezas sin ninguna pista única, como un cielo azul –explica–. Es igual para la secuenciación del genoma humano. Hasta ahora, las piezas eran demasiado pequeñas y no había forma de unir las partes más difíciles del rompecabezas del genoma”.
De los 24 cromosomas humanos (incluidos X e Y), los autores del estudio Phillippy y Karen Miga, de la Universidad de California Santa Cruz, optaron por completar primero la secuencia de cromosomas X, debido a su vínculo con una miríada de enfermedades, incluyendo hemofilia, enfermedad granulomatosa crónica y distrofia muscular de Duchenne.
Los humanos tienen dos juegos de cromosomas, uno de cada progenitor. Por ejemplo, los humanos biológicamente femeninos heredan dos cromosomas X, uno de su madre y otro de su padre. Sin embargo, esos dos cromosomas X no son idénticos y contendrán muchas diferencias en sus secuencias de ADN.
En este estudio, los investigadores no secuenciaron el cromosoma X de una célula humana normal. En cambio, usaron un tipo de célula especial, uno que tiene dos cromosomas X idénticos. Dicha célula proporciona más ADN para la secuenciación que una célula masculina, que tiene una sola copia de un cromosoma X. También evita las diferencias de secuencia que se encuentran al analizar dos cromosomas X de una célula femenina típica.
El equipo utilizó las nuevas tecnologías que pueden secuenciar segmentos largos de ADN. En lugar de preparar y analizar pequeñas piezas de ADN, utilizaron un método que deja las moléculas de ADN en gran parte intactas. Estas grandes moléculas de ADN fueron analizadas por dos instrumentos diferentes. Cada uno de ellos genera secuencias de ADN muy largas, algo que los instrumentos anteriores no podían lograr.
Después de analizar el cromosoma X humano de esta manera, Phillippy y su equipo utilizaron su programa informático recientemente desarrollado para ensamblar los muchos segmentos de secuencias generadas. El grupo de Miga lideró el esfuerzo para cerrar la mayor brecha de secuencia restante en el cromosoma X, los aproximadamente 3 millones de bases de ADN repetitivo que se encuentran en la parte media del cromosoma, llamado centrómero.
No existe un ‘estándar de oro’ para que los investigadores evalúen críticamente la precisión del ensamblaje de secuencias de ADN tan repetitivas. Para ayudar a confirmar la validez de la secuencia generada, Miga y sus colaboradores realizaron varios pasos de validación.
“Nunca antes hemos visto estas secuencias en nuestro genoma, y no tenemos muchas herramientas para probar si las predicciones que estamos haciendo son correctas. Es por eso que es importante contar con especialistas en la comunidad de genómica que evalúen y garanticen que el producto final es de alta calidad”, añade Miga.
El esfuerzo es parte de una iniciativa más amplia del consorcio Telomere-to-Telomere (T2T), parcialmente financiado por NHGRI. El consorcio tiene como objetivo generar una secuencia de referencia completa del genoma humano.
El consorcio T2T continúa sus esfuerzos con los cromosomas humanos restantes, con el objetivo de generar una secuencia completa del genoma humano en 2020. “Todavía no sabemos qué encontraremos en las secuencias recién descubiertas. Es el desconocido desconocido del descubrimiento. Esta es la era de las secuencias completas del genoma, y la estamos abrazando de todo corazón”, asegura Phillippy.
Pero aun quedan desafíos potenciales. Los cromosomas 1 y 9, por ejemplo, tienen segmentos de ADN repetitivos que son mucho más grandes que los que se encuentran en el cromosoma X. “Sabemos que estos sitios previamente desconocidos en nuestro genoma son muy diferentes entre los individuos, pero es importante comenzar a descubrir cómo estas diferencias contribuyen a la biología y las enfermedades humanas”, señala Miga.
Tanto Phillippy como Miga están de acuerdo en que mejorar los métodos de secuenciación continuará creando nuevas oportunidades en genética y genómica humana.
Fuente: Agencia ID.
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