Una nueva era de la secuenciación del genoma

El objetivo del VGP, que surgió de la misión de la Comunidad de Científicos del Genoma 10K (G10K) de secuenciar los genomas de 10.000 especies de vertebrados y de otros esfuerzos de genómica comparativa, es generar conjuntos genómicos de referencia casi sin errores de las 72.000 especies de vertebrados existentes. Los ensamblajes del genoma de referencia proporcionan un mapa de la secuencia de ADN de una especie y su contexto espacial, es decir, en qué lugar de los cromosomas se puede encontrar un fragmento específico de la secuencia de ADN. Con su ambiciosa misión, el VGP pretende abordar cuestiones fundamentales de la biología, la conservación y las enfermedades, como la identificación de las especies con mayor riesgo genético de extinción y la preservación de su información genética para las generaciones futuras. Los genomas de alta calidad del VGP se convertirán en las principales referencias de sus especies y se almacenarán en el Arca del Genoma, una biblioteca digital de acceso abierto de genomas.

En el pasado, la generación de ensamblajes de referencia era costosa y requería mucho trabajo, por lo que sólo se producían para el ser humano y los organismos modelo más importantes, y seguían conteniendo lagunas y errores. Sin embargo, para entender completamente los procesos evolutivos y otras cuestiones fundamentales de la biología, se necesitan ensamblajes genómicos de referencia de alta calidad de todas las especies. Adam Phillippy, presidente del grupo de trabajo de ensamblaje e informática del VGP, compuesto por más de 100 miembros, y jefe de la Sección de Informática del Genoma del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, de los Institutos Nacionales de Salud, en Bethesda (Maryland, EE.UU.), afirma: "Completar el primer genoma de referencia de los vertebrados, el humano, llevó más de 10 años y 3.000 millones de dólares. Gracias a la continua investigación e inversión en la tecnología de secuenciación del ADN durante los últimos 20 años, ahora podemos repetir esta asombrosa hazaña varias veces al día por sólo unos pocos miles de dólares por genoma."

Contribución de los Institutos Max Planck al VGP

Uno de los centros de secuenciación es el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética de Dresde. Gene Myers, director del centro de secuenciación del VGP en el Instituto Max Planck y el Centro de Biología de Sistemas de Dresde, afirma: "El proyecto VGP está a la vanguardia de la creación de un catálogo genómico en analogía con la clasificación de la vida de Linneo. Tanto yo como mis colegas de Dresde estamos entusiasmados por contribuir a estas magníficas reconstrucciones del genoma con el apoyo financiero de la Sociedad Max-Planck de Alemania". Los científicos de Dresde forman parte del Centro del Genoma del concepto DRESDEN y tienen especial experiencia en el uso de diversas tecnologías de secuenciación de "lectura larga". Las secuencias largas son importantes porque pueden resolver y abarcar partes complejas y repetitivas del genoma, permitiendo asignaciones claras. El centro de Dresde ha contribuido a tres genomas de los 16 liberados: el del murciélago de herradura mayor(Rhinolophus ferrumequinum), el del pez cíclido volador(Archocentrus centrarchus) y el del murciélago de nariz pálida(Phyllostomus discolor). Los dos primeros genomas fueron enteramente obra del centro de Dresde, y en el caso de P. discolor, los datos del genoma se produjeron en el centro de Rockefeller y el ensamblaje y los datos transcriptómicos fueron producidos por Dresde.

Las muestras de tejido de murciélago fueron proporcionadas por los miembros del consorcio Bat1K, dirigido por Sonja Vernes, del Instituto Max Planck de Psicolingüística, Países Bajos, y la Universidad de St Andrews, Reino Unido, y Emma Teeling, del University College de Dublín. El consorcio Bat1K tiene el objetivo de secuenciar todas las especies vivas de murciélagos y ha sido fundamental para secuenciar y analizar los genomas de los murciélagos en colaboración y como socio del proyecto general VGP. Las muestras de tejido de cíclidos voladores proceden de Axel Meyer, de la Universidad de Constanza (Alemania).

Robert Kraus, del Instituto Max Planck de Comportamiento Animal, fue uno de los primeros que contribuyó a generar ideas y una visión de la misión del VGP, e impulsó el enfoque hacia menos genomas pero de mayor calidad por genoma. Robert Kraus también secuenció varias especies de aves para estudiar las bases de la respuesta inmunitaria a la gripe aviar. Estos genomas siguen en el fondo de VGP y formarán parte de las próximas versiones.

Especies secuenciadas

La excelente calidad de estos ensamblajes genómicos permite realizar nuevos descubrimientos a una escala sin precedentes, con implicaciones para la caracterización de la biodiversidad de toda la vida, la conservación de las especies y la salud y las enfermedades humanas. Los primeros genomas de referencia de alta calidad de seis especies de murciélagos, generados por el consorcio Bat 1K, se publicaron en julio de 2020 en Nature y revelaron la selección y la pérdida de genes relacionados con la inmunidad que pueden ser la base de la tolerancia única de los murciélagos a las infecciones víricas, proporcionando nuevas vías de investigación para aumentar la capacidad de supervivencia, especialmente relevantes para las enfermedades infecciosas emergentes, como la actual pandemia de Covid-19.

Sonja Vernes, directora fundadora del consorcio Bat1K y becaria del UKRI Future Leaders, ha declarado lo siguiente "Estos nuevos genomas son un gran paso para responder a preguntas clave sobre la biología y la evolución de los vertebrados. Ya podemos ver nuevas e interesantes características de la evolución cromosómica, incluidos los cambios encontrados en las seis especies de murciélagos proporcionadas por el consorcio Bat1K que pueden contribuir a mejorar los sistemas inmunitarios y la tolerancia a los patógenos. En el futuro, estos genomas también nos ayudarán a entender comportamientos complejos como la evolución de la comunicación animal y cómo evolucionaron el habla y el lenguaje humanos".

En lo que respecta a la conservación, los análisis de los genomas del VGP del kākāpō, un loro no volador endémico de Nueva Zelanda, y de la vaquita, una pequeña marsopa y el mamífero marino más amenazado endémico del Golfo de México, implican historias evolutivas y demográficas de purga de mutaciones perjudiciales en la naturaleza y un tamaño de población pequeño a largo plazo en equilibrio genético.

Una nueva era en la ciencia del genoma a través de la colaboración

Este proyecto masivo de genómica comparativa representa una nueva era de innovación en la ciencia del genoma, al desarrollar y utilizar novedosos conductos para la secuenciación, el ensamblaje y las técnicas de anotación más avanzadas y consistentes, con implicaciones para abordar cuestiones fundamentales en biología comparativa, genética, biodiversidad, conservación y salud. También sirve como modelo de cooperación científica para otros proyectos genómicos a gran escala basados en la amplia infraestructura, la colaboración y el liderazgo del VGP que involucra a cientos de científicos internacionales que trabajan juntos desde más de 50 instituciones en 12 países diferentes desde que se inició el VGP en 2016.

Como siguiente paso, el VGP seguirá trabajando en colaboración en todo el mundo y con otros consorcios para completar la fase 1 del proyecto cuyo objetivo es secuenciar una especie representativa de los 260 órdenes de vertebrados. Los avances tecnológicos, la mejora de los métodos computacionales y el coste cada vez menor de la secuenciación han permitido al VGP perseguir el ambicioso objetivo de producir un ensamblaje del genoma de referencia para cada una de las especies de vertebrados existentes en la Tierra. En la primera fase del proyecto, el VGP se ha centrado en probar y mejorar los enfoques de secuenciación y ensamblaje del genoma, en ensamblar un primer conjunto de 260 genomas de alta calidad de especies que representan todos los órdenes de vertebrados. La fase 2 se centrará en especies representativas de cada familia de vertebrados y actualmente se encuentra en proceso de identificación de muestras y recaudación de fondos. El VGP tiene una política de puertas abiertas y da la bienvenida a otros para que se unan a sus esfuerzos, desde la recaudación de fondos, la recogida de muestras y la generación de ensamblajes de genomas, hasta la inclusión de sus propios ensamblajes de genomas que cumplan con las métricas del VGP como parte de nuestra misión general.