La secuenciación del ADN cumple 40 años

Amparo Tolosa, Genética Médica News

 

secuenciación del ADN

Conocer la secuencia del ADN nos ha permitido leer las instrucciones moleculares de la especie humana. Imagen: Medigene Press SL.

Conocer la secuencia del ADN nos ha permitido leer las instrucciones moleculares de la especie humana, descubrir la causa de numerosas enfermedades e incluso poder tomar decisiones sobre el tratamiento de las personas enfermas según su composición genética.

Con motivo del 40 aniversario del desarrollo de los métodos de secuenciación de ADN, un reciente artículo en Nature realiza un recorrido histórico en el que se repasa la evolución de las técnicas de secuenciación del ADN, los diferentes logros superados, las  aplicaciones que tiene la secuenciación en la actualidad y las perspectivas de futuro.

Los primeros intentos con éxito para secuenciar proteínas y ARN se realizaron a partir de los años 50 y 60 del siglo pasado, respectivamente. Sin embargo, la historia de la secuenciación del ADN comienza en 1977 cuándo se publicaron los primeros métodos de secuenciación del ADN en ser aceptados y utilizados de forma general por los investigadores: la secuenciación con dideoxinucleótidos desarrollada por  Sanger y Coulson y la secuenciación química de Maxam y Gilbert. Cinco años después se utilizaba el método Sanger para secuenciar el genoma completo del bacteriófago lambda, tras haberlo fragmentado y clonado en diferentes vectores.

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la historia de la secuenciación del ADN comienza en 1977 cuándo se publicaron los primeros métodos de secuenciación del ADN en ser aceptados y utilizados de forma general. Imagen: Medigene Press SL.

En los años siguientes, la secuenciación mediante Sanger se automatizó, lo que aumentó  la capacidad de análisis e incrementó notablemente la cantidad de datos de secuencia generados y disponibles para los investigadores. Ambas mejoras impulsaron la creación de los primeros bancos de secuencias y el desarrollo de herramientas informáticas de análisis.

Sin embargo, el gran motor del desarrollo de las técnicas de secuenciación y análisis del ADN fue el Proyecto Genoma Humano iniciado en 1990. Los retos técnicos y analíticos a los que tuvieron que hacer frente los investigadores responsables del proyecto favorecieron la optimización de algunas de las herramientas utilizadas y la creación de otras nuevas más acordes a la empresa de secuenciar 3.000 millones de pares de bases (el genoma completo del bacteriófago lambda, por ejemplo, tiene poco más de 48.000 pares de bases).  El primer borrador del Genoma Humano fue publicado en 2.001 y desde entonces, en paralelo a la utilización de la secuenciación como pieza clave en múltiples laboratorios de todo el mundo, se han secuenciado los genomas de muchos otros organismos modelo.

El siguiente gran salto desde la automatización de la secuenciación Sanger fue el desarrollo de las técnicas de secuenciación masiva en paralelo, principales protagonistas de la secuenciación del ADN hoy en día. La gran ventaja de estos métodos es que ya no se necesita un tubo por reacción química de secuenciación sino que utiliza una biblioteca de moléculas molde de ADN fijadas en un soporte y se lanza la muestra a analizar frente a ella. Esta tecnología permite analizar cualquier ADN sin que sea necesario un conocimiento previo de la secuencia.

Por último, el último gran avance técnico han sido las ya denominadas tecnologías de  secuenciación de tercera generación, que no requieren una amplificación previa del ADN a secuenciar, permiten obtener la secuencia de moléculas de simple cadena en tiempo real, y son capaces de leer moléculas de mayor longitud que las aproximaciones anteriores.  Dentro de estas nuevas herramientas se encuentran la síntesis mediada por polimerasa de PacBio y la secuenciación mediante nanoporos.

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Las tecnologías de secuenciación de tercera generación ofrecen nuevas ventajas como la obtención de secuencias en tiempo real o la posibilidad de leer moléculas de mayor longitud.

Las aplicaciones de la secuenciación del ADN han evolucionado y se han diversificado en paralelo a su desarrollo tecnológico. Una vez completado el objetivo inicial de secuenciar genomas, aumentó el interés en analizar la variación de los genomas y con él llegó la capacidad para interpretar las variaciones genéticas. De este modo, una de las aplicaciones más prometedoras de la secuenciación es su utilización como herramienta clínica de diagnóstico, a pequeña y gran escala. El análisis de exomas y genomas ya está siendo utilizado en diferentes instituciones y la medicina personalizada, basada en la composición genética del paciente empieza a afianzarse en diferentes áreas, especialmente en oncología. Además, la secuenciación de ADN tumoral o fetal presente en sangre se presenta como una herramienta diagnóstica muy prometedora.

Otras aplicaciones destacadas de la secuenciación son la utilización de secuenciadores como herramientas para contar moléculas y la metagenómica o análisis de poblaciones complejas de microorganismos, cuya presencia se detecta en base a su genoma.

La secuenciación del ADN es una tecnología joven cuyo potencial dista mucho de haberse terminado. Dentro de las perspectivas de futuro, los investigadores prevén que conforme se optimicen las técnicas de secuenciación disponibles o en desarrollo será posible secuenciar aquellas regiones de los genomas que hoy en día ofrecen limitaciones, como por ejemplo las regiones centroméricas. También estiman que el número de genomas disponibles aumentará, proporcionando información importante sobre la diversidad genómica del planeta (y teniendo en cuenta las diferentes misiones espaciales de exploración quién sabe si también la del universo).

Dentro de la especie humana, uno de los objetivos a conseguir es secuenciar una proporción lo suficientemente importante de individuos que permita para detectar toda la variación genética posible y relacionarla con diferentes rasgos humanos. También existe un interés en secuenciar en detalle a nuestros ancestros para poder reconstruir la historia evolutiva de nuestra especie. Los investigadores también destacan la utilidad de la secuenciación de células individuales para analizar en detalle el desarrollo embrionario.

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Dentro de la especie humana, uno de los objetivos a conseguir es secuenciar una proporción lo suficientemente importante de individuos que permita para detectar toda la variación genética posible y relacionarla con diferentes rasgos humanos. Imagen: MedigenePress SL.

A nivel técnico parte de los esfuerzos está destinado a  diseñar dispositivos secuenciadores que puedan ser utilizados sobre el terreno, fuera del laboratorio y faciliten la toma de datos por parte de los investigadores. Por último, como uso poco convencional de la secuenciación se encontraría la codificación de información en la molécula del ADN. Prueba de ello es la reciente codificación y posterior recuperación de una película en la molécula hereditaria.

La genética de hoy en día sería impensable sin la capacidad para determinar la secuencia del ADN.  En este sentido, la secuenciación del ADN puede compararse a la microscopía que permitió estudiar las células y tejidos bajo un punto de vista no conseguido anteriormente. “Teniendo en cuenta cómo de rápido ha transformado la investigación médica y su comienzo en la transformación de la medicina clínica, predecimos que la secuenciación del ADN tendrá una longevidad e impacto igual o mayor que la del microscopio,” concluyen los autores de la revisión.

Referencia: Shendure J, et al. DNA sequencing at 40: past, present and future. Nature. 2017 Oct 19;550(7676):345-353. doi: http://dx.doi.org/10.1038/nature24286

 

 

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