Reconstruyendo la imagen completa del genoma
Un nuevo y revolucionario método de secuenciación del ADN permite un análisis rápido, preciso y eficaz sin precedentes, conservando la imagen completa de un genoma
Un equipo de investigadores internacionales del Laboratorio Friedrich Miescher de la Sociedad Max Planck ha desarrollado un nuevo método de secuenciación del ADN que permite un seguimiento rápido y eficaz de la información genética. Su nueva técnica, denominada haplotagging, permite ahora a los científicos rastrear y emparejar con rapidez y precisión los datos del genoma. El haplotagging proporciona una rica información sobre el genoma y facilita la determinación precisa de nuestra composición genética. Esto permite realizar análisis genéticos rápidos en poblaciones humanas o revela mezclas de especies en la naturaleza antes insospechadas.
Una mariposa Heliconius de tierras bajas
Luca Livraghi
Imagínese una galería de retratos, llena de las fotos más impresionantes de personas y fauna. Encantado, uno elige una de sus favoritas y encarga una impresión. Uno espera con impaciencia que le entreguen el facsímil; sólo para descubrir que la impresión viene entregada en pedazos, sin instrucciones. Los métodos actuales de secuenciación del genoma presentan inconvenientes similares: leer la secuencia del genoma es como leer un libro cuyas páginas han sido arrancadas y trituradas: las palabras individuales se conservan, pero revueltas y fragmentadas, una situación poco satisfactoria y propensa a los errores.
Esta es la realidad a la que se enfrentan los científicos del genoma, que tienen que reconstruir la imagen global -en este caso, la secuencia de ADN de un genoma- a partir de muchas piezas individuales fragmentadas. El énfasis en la cantidad de secuencias sobre el contexto significa que, aunque podemos secuenciar genomas enteros de una persona o un patógeno en un solo día, siguen llegando como millones de piezas diminutas de "lecturas cortas", como un rompecabezas genómico. "En el mejor de los casos, esto complica las cosas. En el peor de los casos, corremos el riesgo de pasar por alto enfermedades potencialmente mortales o mutaciones graves, porque la información importante, como los cromosomas revueltos, puede perderse cuando rompemos el genoma para secuenciarlo. Y si no conseguimos recomponer lo que se ha roto, se pierde la visión de conjunto", comenta el investigador principal, Frank Chan, jefe de grupo del Laboratorio Friedrich Miescher.
Desenredar las hebras de ADN como si fueran espaguetis
Aquí es donde entra en juego su grupo de investigación del Campus Max Planck de Tubinga, que inventó un nuevo método de secuenciación del ADN que denominó haplotagging. "Con esta nueva técnica, se marca y conserva la configuración del ADN, antes de romperlo para la secuenciación del genoma. Es como numerar las piezas de un rompecabezas por detrás antes de romperlas. No se puede exagerar su importancia porque resuelve una deficiencia clave de la actual tecnología de secuenciación dominante", explica Chan.
En el laboratorio, esto se hace mezclando el ADN con perlas microscópicas. Cada microesfera lleva enzimas que arrancan una hebra de ADN -de forma parecida a como se puede separar un fideo individual de un plato de espaguetis envolviéndolo en un tenedor- y le adjuntan un código de barras único a intervalos regulares. Tras dividir el ADN en trozos, este código de barras sirve para identificar qué fragmentos van juntos. Junto con otras ventajas prácticas, el resultado para los científicos es que ahora pueden llevar a cabo estudios genéticos de mayor envergadura a menor coste, sin comprometer la calidad. "El haplotagging restablece parte de la promesa original de lo que se debería poder hacer con la secuenciación", añade Chan.
Mariposas revoloteando con un objetivo en las alas
Para demostrar el rendimiento de su nueva técnica de secuenciación, el grupo de Tubinga se asoció con colaboradores de la Universidad de Cambridge que han estado estudiando dos especies de mariposas del género Heliconius en Ecuador, cerca de las estribaciones de los Andes. Debido a su singular dieta, estas mariposas pueden tener un sabor horrible para sus depredadores. Y lucen llamativos y coloridos dibujos para advertir a los pájaros que se acercan. Con el tiempo, las dos especies de mariposas han evolucionado para parecerse o imitarse: las mariposas de las tierras bajas de ambas especies muestran llamativos rayos rojos y una banda amarilla, y las mariposas de las tierras altas de ambas especies lucen dos manchas amarillas sobre las alas negras.
Y, por supuesto, los pájaros aprenden y se decantan por mariposas más raras y, con suerte, más sabrosas, que no muestran los patrones alares clásicos de las dos formas de tierras altas y bajas. Por eso, la descendencia híbrida entre las dos formas distintas puede tener consecuencias evolutivas trágicas: un patrón de alas mezclado tiene más probabilidades de ser el objetivo de las aves. Por eso, cuando se descubrió una nueva forma de mariposa híbrida que portaba tanto la barra doble de las tierras altas como los rayos de las tierras bajas en medio de la zona híbrida, tomó a los investigadores totalmente por sorpresa. Utilizando el haplotagging para secuenciar el genoma de cientos de mariposas, Chan y sus colaboradores pudieron descifrar los genomas y descubrieron cómo la propagación de un único gen, el WntA, desde las tierras altas hasta las bajas pudo dar lugar a un tipo de mariposa completamente nuevo, lo suficientemente común como para mantener alejados a los molestos pájaros.
Rápido emparejamiento genético
La utilidad del haplotagging no se limita al estudio de la biodiversidad. El grupo de investigación de Chan también utilizó su técnica para ayudar a sus colaboradores de la Universidad de Oxford a desarrollar métodos de identificación rápida de variantes genéticas. Este método, denominado QUILT, funciona de forma similar a cómo las sugerencias de texto pueden terminar nuestras frases en nuestros teléfonos inteligentes. Al preservar el contexto más amplio de la secuencia de ADN, el haplotagging ayuda a QUILT a conectar varios trozos de información y a realizar una identificación precisa a partir de fragmentos de ADN dispersos. "Hemos podido demostrar que QUILT rinde más con los datos de haplotagging que con otras plataformas de secuenciación. El haplotagging y QUILT pueden abrir todo tipo de posibilidades para los estudios genómicos de grandes poblaciones", afirma Chan.
Pero el impacto del haplotagging también se dejará sentir más allá de las universidades y los centros de investigación: "Esto perturbará la actual industria genética de consumo", predice Chan. Las llamadas empresas de venta directa al consumidor, como 23andMe o Ancestry, venden kits de pruebas de ADN a los consumidores habituales, con la promesa de descubrir riesgos para la salud o encontrar parientes perdidos hace tiempo. Se trata de un mercado sólido cuyos ingresos anuales ya han superado los mil millones de dólares sólo en Estados Unidos. El panorama económico de este sector podría cambiar drásticamente con la llegada de esta técnica de secuenciación rápida, rentable y precisa. En última instancia, Chan y su equipo quieren facilitar la vida a los biólogos: "Nuestra esperanza es que, en el futuro, pasemos menos tiempo mirando hacia abajo para ver las piezas del rompecabezas del ADN y más tiempo sentados admirando la belleza de la vida y la biodiversidad".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Meier, J.I.*, Salazar, P.A.*, Kučka, M.*, Davies, R.W., Dréau, A., Aldás, I., Box-Power, O., Nadeau, N., Bridle, J.R., Rolian, C.P., Barton, N.H., McMillan, W.O., Jiggins, C.D.†, Chan, Y.F.†; "Haplotype tagging reveals parallel formation of hybrid races in two butterfly species"; (* co-first authors; † co-last authors); PNAS, 2021.
Davies, R.W, Kučka, M., Su, D., Shi, S., Flanagan, M., Cunniff, C.M., Chan, Y.F.*, Myers, S.*; "Rapid genotype imputation from sequence with reference panels"; (* co-last authors); Nature Genetics, 2021.
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