junio 24, 2021

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Los investigadores afirman que secuenciaron todo el genoma humano

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UNOUn equipo internacional de científicos afirma haber secuenciado todo el genoma humano, incluidas las partes que se perdieron al secuenciar el primer genoma humano hace dos décadas.

El comunicado, de confirmarse, supera el logro señalado por los líderes del Proyecto Genoma Humano y Celera Genomics en el césped de la Casa Blanca en 2000, cuando anunciaron la secuenciación del primer borrador del genoma humano. Ese borrador histórico y las subsecuentes secuencias de ADN humano perdieron alrededor del 8% del genoma.

La secuenciación del nuevo genoma llena estos vacíos utilizando la nueva tecnología. Sin embargo, tiene varias limitaciones, incluido el tipo de línea celular que los investigadores utilizaron para acelerar sus esfuerzos.

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el trabajo fue detallado el 27 de mayo en una preimpresión, lo que significa que aún no ha sido revisado por pares.

“Solo estás tratando de excavar esta última incógnita en el genoma humano”, dijo Karen Miga, investigadora de la Universidad de California en Santa Cruz, quien codirigió el consorcio internacional que creó la secuencia. “Esto nunca se ha hecho antes y la razón por la que no se ha hecho antes es porque es difícil”.

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Miga enfatizó que no considerará el anuncio oficial hasta que el artículo sea revisado por pares y publicado en una revista médica.

El nuevo genoma es un salto adelante, dicen los investigadores, que fue posible gracias a las nuevas tecnologías de secuenciación de ADN desarrolladas por dos empresas del sector privado: Pacific Biosciences de Menlo Park, California, también conocida como PacBio, y Oxford Nanopore, de Oxford Science Park, UNITED. REINO. Sus tecnologías de lectura de ADN tienen ventajas muy específicas sobre las herramientas que durante mucho tiempo se han considerado el estándar de oro para los investigadores.

Ewan Birney, subdirector general del Laboratorio Europeo de Biología Molecular, calificó el resultado de “un tour de force técnico”. Los artículos originales sobre el genoma se redactaron cuidadosamente porque no secuenciaron todas las moléculas de ADN de un extremo a otro, anotó. “Lo que ha hecho este grupo es demostrar que pueden hacerlo de principio a fin”. Eso es importante para la investigación futura, dijo, porque muestra lo que es posible.

George Church, biólogo de Harvard y pionero de la secuenciación, calificó el trabajo de “muy importante”. Dijo que le gusta señalar en sus conferencias que hasta ahora nadie ha secuenciado todo el genoma de un vertebrado, algo que ya no es cierto si se confirma el nuevo trabajo.

Una pregunta importante y sin respuesta: ¿Qué importancia tienen estas piezas faltantes en el rompecabezas humano? El consorcio dijo que había aumentado el número de bases de ADN de 2,92 mil millones a 3,05 mil millones, un aumento del 4,5%. Pero el recuento de genes aumentó solo un 0,4% a 19,969. Esto no significa, enfatizaron los investigadores, que el trabajo no pueda conducir a otros nuevos conocimientos, incluidos los relacionados con la forma en que se regulan los genes.

La secuencia de ADN utilizada no era de una persona sino de un lunar hidatiforme, un crecimiento en el útero de una mujer causado cuando los espermatozoides fertilizan un óvulo que carecía de núcleo. Eso significaba que contenía 23 cromosomas, como un espermatozoide o un óvulo, no 46.

Los investigadores eligieron estas células, que se habían mantenido en el laboratorio, porque simplificaban el esfuerzo computacional de crear la secuencia de ADN. El boceto del genoma original creado en 2003 también contenía solo 23 cromosomas, pero a medida que las tecnologías de secuenciación de ADN se volvieron más baratas y simples, los investigadores tendieron a secuenciar los 46 cromosomas.

Elaine Mardis, codirectora ejecutiva del Instituto de Medicina Genómica del Nationwide Children’s Hospital, está preocupada porque estas líneas celulares potencialmente mutadas se mantuvieron en el laboratorio, la nueva información genética “puede ser en gran parte detritos que se acumulan a medida que una línea celular se propaga durante muchos años en cultivo. “

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Miga dijo que los estudios de la línea celular habían demostrado que era similar a las células humanas y que los investigadores utilizaron células que se habían mantenido congeladas, sin propagación durante muchos años. Estuvo de acuerdo en que el siguiente paso sería que el grupo intentara secuenciar los 46 cromosomas, conocido como genoma diploide.

¿Por qué se necesitaron 20 años para secuenciar el último 8% del genoma, incluso cuando el costo de secuenciar el resto del genoma se redujo de $ 300 millones a tan solo $ 300? La respuesta tiene que ver con la forma en que funcionan las tecnologías de secuenciación de ADN.

Los secuenciadores de ADN robustos de hoy, fabricados por Illumina, toman pequeños fragmentos de ADN, los decodifican y vuelven a ensamblar el rompecabezas resultante. Esto funciona bien para la mayor parte del genoma, pero no en áreas donde el código de ADN es el resultado de patrones repetidos durante mucho tiempo. Si una supercomputadora tuviera solo pequeños fragmentos, ¿cómo podría ensamblar una secuencia de ADN que repitiera “AGAGAGA” para bases sobre bases? Así se veía el 8% faltante del genoma.

Entre estas regiones “inmapables” se encontraba una de las estructuras más reconocidas en biología. Si alguna vez ha mirado los cromosomas (piense en la biología de la escuela secundaria), se ven como cadenas que se han ensartado. Estos nodos son centrómeros, hebras de ADN que mantienen unidos los cromosomas. Desempeñan un papel clave en la división celular. Y están llenos de repeticiones.

Fueron los centrómeros, de hecho, los que hicieron que Miga quisiera ver estas regiones perdidas.

“¿Por qué las regiones que son tan fundamentales para la vida, tan fundamentales para el funcionamiento de la célula, están ubicadas sobre partes de nuestro genoma que son estos mares gigantes de repeticiones en tándem?” recuerda haber preguntado cuando era una estudiante de posgrado.

Fue esta pregunta la que la llevó, en discusión con Adam Phillippy, investigador de los Institutos Nacionales de Salud, a proponer poner en marcha su iniciativa actual, denominada Telomere 2 Telomere Consortium, después de los telómeros, que son los extremos del cromosoma, en 2019. Firmaron como coautor Evan Eichler, un biólogo de la Universidad de Washington que durante años había estado preocupado por la falta de partes del genoma.

El trabajo fue posible porque las tecnologías Oxford Nanopore y PacBio no cortan el ADN en pequeñas piezas de rompecabezas. La tecnología Oxford Nanopore pasa una molécula de ADN a través de un pequeño orificio, lo que da como resultado una secuencia muy larga. La tecnología PacBio utiliza láseres para escanear la misma secuencia de ADN una y otra vez, creando una lectura que puede ser muy precisa. Ambos son más caros que la tecnología existente de Illumina.

Las empresas están en una carrera reñida. Para este proyecto, dicen los investigadores, la precisión de la tecnología PacBio resultó invaluable y utilizaron Oxford Nanopore para terminar algunas áreas. Pero Oxford Nanopore ya promete una tecnología nueva y más utilizable. “En el aquí y ahora, PacBio tiene la ventaja, pero no está claro cuánto tiempo podrán mantenerlo”, dijo Michael Schatz, profesor asociado de la Universidad Johns Hopkins.

Todos los investigadores hablaron de una visión de futuro en la que, en lugar de utilizar un único genoma de referencia, reunirían cientos de genomas diferentes y completos que están interconectados y son étnicamente diversos, y pueden ser utilizados como referencias. Miga también está ayudando a liderar este trabajo. Y este es solo un paso en esa dirección.

Pero hasta ahora, dice Schatz, siempre ha habido preguntas sobre lo que faltaba. Ahora finalmente tenemos los datos correctos ”, dijo. “Tenemos la tecnología adecuada”.

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