Secuenciación del ADN

La secuenciación del ADN significa determinar el orden de los cuatro componentes básicos químicos, llamados "bases", que forman la molécula de ADN. La secuencia les informa a los científicos la clase de información genética que se transporta en un segmento específico de ADN. Por ejemplo, los científicos pueden usar la información de las secuencias para determinar qué tramos de ADN contienen genes y qué tramos transportan instrucciones regulatorias, que activan o desactivan genes. Además, y de manera muy importante, los datos de las secuencias pueden resaltar los cambios en un gen que pueden causar enfermedades.

En la doble hélice de ADN, las cuatro bases químicas se unen siempre con la misma pareja para formar "pares de bases". Adenina (A) siempre forma pareja con timina (T); citosina (C) siempre forma pareja con guanina (G). Este emparejamiento es la base para el mecanismo mediante el que las moléculas de ADN se copian cuando las células se dividen, y también es la base para los métodos usados en la mayoría de los experimentos de secuenciación de ADN. El genoma humano contiene alrededor de tres mil millones de pares de bases que detallan las instrucciones para crear y mantener a un ser humano.

Desde la finalización del Proyecto del Genoma Humano, las mejoras tecnológicas y la automatización han aumentado la velocidad y reducido los costos al punto en que genes individuales pueden secuenciarse de manera rutinaria, y en algunos laboratorios se pueden secuenciar más de 100 billones de bases al año, y un genoma completo puede secuenciarse por tan sólo unos cuantos miles de dólares.

Muchas de estas nuevas tecnologías se desarrollaron con el apoyo del Programa de Tecnología Genómica del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (National Human Genome Research Institute, NHGRI) y sus concesiones para Tecnología de Secuenciación de ADN Avanzada. Uno de los objetivos del NHGRI es promover nuevas tecnologías que a la larga puedan reducir el costo de la secuenciación de un genoma humano a menos de $1,000 y ser de incluso una calidad mayor a la que es posible hoy en día.

Desde la finalización del Proyecto del Genoma Humano, las mejoras tecnológicas y la automatización han aumentado la velocidad y reducido los costos al punto en que genes individuales pueden secuenciarse de manera rutinaria, y en algunos laboratorios se pueden secuenciar más de 100 billones de bases al año, y un genoma completo puede secuenciarse por tan sólo unos cuantos miles de dólares.

Muchas de estas nuevas tecnologías se desarrollaron con el apoyo del Programa de Tecnología Genómica del NHGRI y sus concesiones para Tecnología de Secuenciación de ADN Avanzada. Uno de los objetivos del NHGRI es promover nuevas tecnologías que a la larga puedan reducir el costo de la secuenciación de un genoma humano a menos de $1,000 y ser de incluso una calidad mayor a la que es posible hoy en día.

Una nueva tecnología de secuenciación implica observar moléculas de ADN-polimerasa a medida que copian el ADN (las mismas moléculas que producen nuevas copias de ADN en nuestras células) con un microscopio y una cámara cinematográfica muy rápida, e incorporar distintos colores de tintes brillantes, uno para cada una de las letras A, T, C y G. Este método ofrece información muy valiosa y diferente de la que proporcionan los sistemas instrumentales más frecuentemente utilizados.

Otra nueva tecnología en desarrollo implica el uso de nanoporos para secuenciar el ADN. La secuenciación del ADN basada en nanoporos implica ensartar hebras de ADN monocatenario a través de poros muy diminutos en una membrana. Las bases de ADN se leen una a la vez a medida que pasan apretadamente por el nanoporo. Las bases se identifican al medir las diferencias en el efecto que producen en los iones y la corriente eléctrica que fluye a través del poro.

El uso de nanoporos para secuenciar ADN ofrece muchas posibles ventajas en comparación con los métodos actuales. El objetivo es que la secuenciación coste menos y sea más rápida. A diferencia de los métodos de secuenciación utilizados hoy en día, la secuenciación de ADN por nanoporos significa que los investigadores pueden estudiar la misma molécula una y otra vez.

Los investigadores ahora pueden comparar largos tramos de ADN, de un millón de bases o más, de distintos individuos rápida y económicamente. Tales comparaciones pueden generar una enorme cantidad de información acerca de la función de la herencia en la propensión a enfermedades y en la respuesta a las influencias ambientales. Además, la capacidad de secuenciar el genoma más rápidamente y con mayor eficacia en función del costo crea un gran potencial para el diagnóstico y tratamiento.

Aunque todavía falten muchos años para la secuenciación rutinaria de ADN en el consultorio médico, algunos centros médicos grandes han comenzado a usar la secuenciación para detectar y tratar algunas enfermedades. En el caso del cáncer, por ejemplo, es cada vez más frecuente que los médicos puedan usar datos de secuenciación para identificar el tipo específico de cáncer que tenga un paciente. Esto le permite al médico tomar mejores decisiones para los tratamientos.

Los investigadores en el Programa de Enfermedades sin Diagnosticar, financiado por el NHGRI, usan la secuenciación de ADN para tratar de identificar las causas genéticas de enfermedades poco frecuentes. Otros investigadores están estudiando su uso en la evaluación de recién nacidos para la detección de enfermedades y el riesgo de enfermedades.

Asimismo, en el proyecto del Atlas del Genoma del Cáncer, financiado por el NHGRI y el Instituto Nacional del Cáncer, se está usando la secuenciación del ADN para descifrar los detalles genómicos de unos 30 tipos de cáncer. En otro programa de los Institutos Nacionales de la Salud se examina cómo se controla la actividad génica en diferentes tejidos, y la función de la regulación génica en las enfermedades. En otros proyectos a gran escala, tanto en curso como planificados, se usa la secuenciación del ADN para examinar el desarrollo de enfermedades comunes y complejas, tales como las enfermedades del corazón y la diabetes, y enfermedades hereditarias que causan deformidades físicas, retraso del desarrollo y enfermedades metabólicas.

La comparación de las secuencias genómicas de distintos tipos de animales y organismos, tales como los chimpancés y la levadura, también puede proporcionar conocimientos sobre la biología del desarrollo y la evolución.