Revelar el comportamiento del ADN en tiempo récord
"El ADN, el ARN y las proteínas son los actores clave para regular todos los procesos en las células de nuestro cuerpo", explica el profesor de Leiden John van Noort. "Para entender el (mal) funcionamiento de estas moléculas, es esencial descubrir cómo su estructura tridimensional depende de su secuencia y para ello es necesario medirlas molécula a molécula. Sin embargo, las mediciones de una sola molécula son laboriosas y lentas, y el número de posibles variaciones de secuencia es enorme."
Ilustración del secuenciador que lee simultáneamente millones de códigos de ADN.
TU Delft
De décadas a días
Ahora, el equipo de científicos ha desarrollado una herramienta innovadora, denominada SPARXS (Single-molecule Parallel Analysis for Rapid eXploration of Sequence space), que permite estudiar millones de moléculas de ADN simultáneamente. "Las técnicas tradicionales que permiten sondear una secuencia a la vez suelen requerir horas de tiempo de medición por secuencia. Con SPARXS, podemos medir millones de moléculas en un plazo de entre un día y una semana. Sin SPARXS, una medición de este tipo llevaría de varios años a décadas", afirma Chirlmin Joo, catedrático de Delft.
"SPARXS nos permite estudiar grandes bibliotecas de secuencias, lo que aporta nuevos conocimientos sobre cómo la estructura y la función del ADN dependen de la secuencia. Además, la técnica puede utilizarse para encontrar rápidamente la mejor secuencia para aplicaciones que van desde la nanotecnología a la medicina personalizada", añade la doctoranda Carolien Bastiaanssen.
Nunca antes combinado
Para crear su nueva técnica SPARXS, los investigadores combinaron dos tecnologías existentes que nunca antes se habían combinado: la fluorescencia de molécula única y la secuenciación Illumina de nueva generación. En la primera técnica, las moléculas se marcan con un colorante fluorescente y se visualizan con un microscopio sensible. En la segunda, se leen simultáneamente millones de códigos de ADN. Joo: "Tardamos un año en determinar si la combinación de las dos técnicas es factible, cuatro años más en desarrollar un método de trabajo y otros dos en garantizar la precisión y coherencia de las mediciones al tiempo que se gestionaba la ingente cantidad de datos generados".
"La parte realmente divertida e interesante empezó cuando tuvimos que interpretar los datos", afirma el primer autor, Ivo Severins. "Como estos experimentos que combinan mediciones de una sola molécula con secuenciación son completamente nuevos, no teníamos ni idea de qué resultados obtendríamos y podríamos obtener. Fue necesario buscar mucho entre los datos para encontrar correlaciones y patrones, y determinar los mecanismos que subyacen a los patrones que vemos."
Superar los retos del tratamiento de datos
Otro reto que tuvieron que superar fue el manejo de la gran cantidad de datos, añade Van Noort: "Tuvimos que desarrollar un proceso de análisis automatizado y sólido. Esto fue especialmente difícil, ya que las moléculas individuales son frágiles y sólo emiten una pequeña cantidad de luz, lo que hace que los datos tengan ruido intrínseco. Además, los datos resultantes no permiten comprender directamente cómo afecta la secuencia a la estructura y la dinámica del ADN, ni siquiera en el caso de las estructuras de ADN relativamente sencillas que estudiamos. Para comprobar realmente nuestros conocimientos, creamos un modelo que incorpora nuestro conocimiento de la estructura del ADN y lo comparamos con los datos experimentales".
Avances médicos
Una manipulación y comprensión más precisas de las secuencias de ADN se traducirá probablemente en avances en los tratamientos médicos, como terapias génicas más eficaces y medicina personalizada. Los investigadores también prevén innovaciones biotecnológicas y, en general, una mejor comprensión de la biología a nivel molecular. Joo: "Esperamos que las aplicaciones en investigación genética, desarrollo de fármacos y biotecnología empiecen a surgir en los próximos cinco a diez años".
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.
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