Un equipo que abarca la Facultad de Medicina de Baylor, la Universidad de Rice, el Hospital de Niños de Texas y el Instituto Broad del MIT y Harvard ha desarrollado una nueva forma de secuenciar genomas, que puede ensamblar el genoma de un organismo, completamente desde cero, dramáticamente más barato y rápido. Si bien hay mucho entusiasmo sobre el llamado "genoma de $ 1000" en medicina, cuando un médico solicita la secuencia de ADN de un paciente, la prueba simplemente compara fragmentos de ADN del paciente con un genoma de referencia. La tarea de generar una referenciaEl genoma desde cero es un asunto completamente diferente; por ejemplo, el proyecto original del genoma humano tomó 10 años y costó $ 4 mil millones. La capacidad de generar rápida y fácilmente un genoma de referencia desde cero abriría la puerta a la creación de genomas de referencia para todo, desde pacientes hastatumores a todas las especies de la tierra. Hoy en ciencia , el equipo multiinstitucional informa un método, llamado ensamblaje del genoma 3D, que puede crear un genoma de referencia humano, completamente desde cero, por menos de $ 10,000.
Para ilustrar el poder del ensamblaje del genoma 3D, los investigadores han ensamblado el genoma de 1.200 millones de letras del Aedes aegypti mosquito, que porta el virus del Zika, que produce el primer ensamblaje de extremo a extremo de cada uno de sus tres cromosomas. El nuevo genoma permitirá a los científicos combatir mejor el brote de Zika al identificar las vulnerabilidades en el mosquito que el virus utiliza para propagarse.
El genoma humano es una secuencia de 6 mil millones de letras químicas, llamadas pares de bases, divididas entre 23 pares de cromosomas. A pesar de la disminución en el costo de la secuenciación del ADN, la determinación de la secuencia de cada cromosoma desde cero, un proceso llamado denovo genoma, sigue siendo extremadamente costoso porque los cromosomas pueden tener cientos de millones de pares de bases de largo. Por el contrario, las tecnologías de secuenciación de ADN económicas de hoy producen lecturas cortas, o fragmentos de secuencias de ADN de cien pares de bases, que están diseñados para seren comparación con un genoma de referencia existente. En realidad, generar un genoma de referencia y ensamblar todos esos cromosomas largos implica combinar muchas tecnologías diferentes a un costo de cientos de miles de dólares. Desafortunadamente, debido a que los genomas humanos difieren entre sí, el uso de un genoma de referencia generóde una persona en el proceso de diagnóstico de una persona diferente puede enmascarar los verdaderos cambios genéticos responsables de la condición de un paciente.
"Como médicos, a veces nos encontramos con pacientes que sabemos que deben tener algún tipo de cambio genético, pero no podemos averiguar qué es", dijo el Dr. Aviva Presser Aiden, médico científico del Programa de Salud Global Pediátricaen el Texas Children's Hospital, y coautor del nuevo estudio. "Para descubrir qué está pasando, necesitamos tecnologías que puedan informar el genoma completo de un paciente. Pero tampoco podemos permitirnos gastar millones de dólares en lagenoma. "
Para abordar el desafío, el equipo desarrolló un nuevo enfoque, llamado ensamblaje 3D, que determina la secuencia de cada cromosoma al estudiar cómo se pliegan los cromosomas dentro del núcleo de una célula.
"Nuestro método es bastante diferente del ensamblaje del genoma tradicional", dijo Olga Dudchenko, becaria postdoctoral en el Centro de Arquitectura del Genoma de la Facultad de Medicina de Baylor, que dirigió la investigación. "Hace varios años, nuestro equipo desarrolló un enfoque experimental quenos permite determinar cómo se pliega el genoma humano de 2 metros de largo para encajar dentro del núcleo de una célula humana. En este nuevo estudio, mostramos que, al igual que estos mapas plegables trazan el contorno del genoma a medida que se pliega dentro delnúcleo, también pueden guiarnos a través de la secuencia en sí ".
Al rastrear cuidadosamente el genoma a medida que se pliega, el equipo descubrió que podían unir cientos de millones de lecturas de ADN cortas en las secuencias de cromosomas completos. Dado que el método solo usa lecturas cortas, reduce drásticamente el costo del genoma de novoensamblado, que probablemente acelerará el uso de genomas de novo en la clínica. "La secuenciación del genoma de un paciente desde cero usando ensamblaje 3D es tan económica que es comparable en costo a una resonancia magnética", dijo Dudchenko, quien también es miembro de RiceCentro de Física Biológica Teórica de la Universidad. "La generación de un genoma de novo para un paciente enfermo se ha vuelto realista".
A diferencia de las pruebas genéticas que se utilizan actualmente en la clínica, el ensamblaje de novo del genoma de un paciente no se basa en el genoma de referencia producido por el Proyecto Genoma Humano. "Nuestro nuevo método no depende de conocimientos previos sobre el individuo o la especieque se está secuenciando ", dijo Dudchenko." Es como poder realizar un proyecto de genoma humano en quien quieras, cuando quieras ".
"O lo que quieras", dijo el Dr. Erez Lieberman Aiden, director del Centro de Arquitectura del Genoma en Baylor y autor correspondiente del nuevo trabajo. "Debido a que el genoma se genera desde cero, el ensamblaje 3D se puede aplicar a una ampliauna variedad de especies, desde osos grizzly hasta plantas de tomate. Y es bastante fácil. Un estudiante de secundaria motivado con acceso a un laboratorio de biología cercano puede ensamblar un genoma de calidad de referencia de una especie real, como una mariposa, por el costo de unproyecto de feria de ciencias. "
El esfuerzo cobró mayor urgencia con el brote del virus Zika, que es portado por Aedes aegypti mosquito. Los investigadores esperaban utilizar el genoma del mosquito para identificar una estrategia para combatir la enfermedad, pero el genoma de Aedes no se había caracterizado bien y sus cromosomas son mucho más largos que los de los humanos.
"Hemos estado discutiendo estas ideas durante años: escribiendo un fragmento de código aquí, haciendo un ensamblaje de prueba de principio allí", dijo Lieberman Aiden, también profesor asistente de genética molecular y humana en Baylor, ciencias de la computación en Rice.y un investigador principal en el Centro de Física Biológica Teórica ". Así que teníamos datos de ensamblaje para Aedes aegypti simplemente sentados en nuestras computadoras. De repente, hay un brote del virus Zika, y la comunidad genómica se animó a seguir adelante con Aedes. Ese fue un punto de inflexión ".
"Con el brote de Zika, sabíamos que teníamos que hacer todo lo que estuviera a nuestro alcance para compartir el ensamblaje del genoma de Aedes y nuestros métodos, lo antes posible", dijo Dudchenko. "Este ensamblaje de novo del genoma es solo un primer pasoen la batalla contra el Zika, pero es uno que puede ayudar a informar el esfuerzo más amplio de la comunidad ".
El equipo también ensambló el genoma del mosquito Culex quinquefasciatus, el principal vector del virus del Nilo Occidental. "Culex es otro genoma importante, ya que es responsable de transmitir tantas enfermedades", dijo Lieberman Aiden.adivinar qué genoma será crítico con anticipación no es un buen plan. En cambio, debemos ser capaces de responder rápidamente a eventos inesperados. Ya sea un paciente con una emergencia médica o el brote de una epidemia, estos métodosnos permitirá ensamblar genomas de novo en días, en lugar de años ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Medicina de Baylor . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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