España y EE UU desarrollan una técnica para ver el genoma humano como nunca se había hecho

Científicos de España y EE UU han desarrollado una técnica que permite explorar el genoma humano en tres dimensiones como nunca antes se había hecho, una capacidad esencial para entender uno de los hechos más asombrosos que suceden en todos y cada uno de los seres humanos de este planeta.

Toda la información que una persona necesita para estar viva está escrita en su genoma: una doble hélice que contiene 3.000 millones de letras de ADN. Esa secuencia contiene todas las instrucciones para fabricar las proteínas que nos permiten respirar, ver, leer estas líneas y realizar todas las funciones básicas del organismo.

Estirada de extremo a extremo, la secuencia de ADN mide dos metros. Casi cada una de las células del cuerpo lleva una copia del genoma y los humanos somos más o menos 30 billones de células. Esto significa que si una persona pudiese estirar y unir el genoma de todas sus células podría alcanzar sin problemas Próxima Centauri, el sistema solar más cercano a la Tierra a 40 billones de kilómetros. Pero lo asombroso es que esa hélice de dos metros es capaz de plegarse y retorcerse sobre sí misma de una forma alucinante hasta embutirse en un espacio que es 10 veces más pequeño que el diámetro de un pelo: el núcleo de la célula.

La secuencia bidimiensional del genoma humano se conoce desde 2001, pero la estructura tridimensional es aún un universo por explorar. Nuestro genoma tiene forma de ovillo formado por las secuencias de ADN enmarañadas de forma aparentemente caótica. En realidad siguen un orden matemático fractal que evita que se formen nudos. El ovillo está en continuo movimiento para que los genes estén cerca de los interruptores moleculares que los encienden y los apagan en el momento preciso. Si estirásemos la secuencia, interruptor y gen estarían tan lejos que no funcionarían.

“Podemos decir que gracias a esta técnica pasamos de ver países aislados a poder explorar continentes enteros a la vez”

Marti-Renom, experto en biocomputación del CRG-CNAG

Desde antes de nacer el ovillo del genoma sigue una coreografía perfecta que primero ayuda formar un cuerpo completo y después lo mantiene vivo y sano. Los fallos en el plegado del ADN pueden desajustar la acción de los genes lo que puede dar lugar a defectos de nacimiento, como niños con más de cinco dedos en una mano o un pie. Ya en la edad adulta, enfermedades como el cáncer producen aberraciones genómicas que multiplican el tamaño de algunas regiones probablemente claves para que los tumores puedan sobrevivir.

“Hasta ahora, las técnicas de análisis del genoma en tres dimensiones solo nos permitían explorar dos o tres genes a la vez”, explica Marc Marti-Renom, investigador del Centro de Regulación Genómica y coautor del nuevo estudio, que detalla una técnica para visualizar el genoma tridimensional viendo hasta 129 genes a la vez; 30 veces más que hasta ahora. “Podemos decir que gracias a esta técnica pasamos de ver países aislados a poder explorar continentes enteros a la vez”, ejemplifica Marti-Renom.

“Esperamos poder cartografiar genomas completos a una resolución altísima, viendo cada giro, cada pliegue, cada rincón y cada rendija”

Chao-ting Wu, universidad de Harvard (EE UU)

Y aun así solo vemos una fracción ínfima de todo el globo genómico. El genoma humano contiene unos 30.000 genes y estos en conjunto solo suponen el 2% de todo el glóbulo genómico. “Nuestro genoma está involucrado de una forma u otra en todas las enfermedades y la forma en la que nuestro cuerpo lucha contra ellas. Por eso, para comprender mejor cada dolencia y diseñar tratamientos debemos conocer cómo funciona el genoma en todos sus aspectos, incluido el tridimensional” explica Chao-ting Wu, genetista de la Escuela de Medicina de la Universidad de Harvard y coinventora de esta técnica, descrita hoy en Nature Methods. Gracias a esta nueva técnica, llamada OligoFISSEQ, “esperamos poder cartografiar genomas completos a una resolución altísima, viendo cada giro, cada pliegue, cada rincón y cada rendija”, resume Wu.

La nueva técnica ha sido desarrollada en Harvard por el grupo de Wu y el de su colega y marido George Church. Esta nueva tecnología consiste en crear guías de ARN que son complementarias con una región concreta del ADN del genoma y que permiten localizar hasta 129 puntos diferentes dentro de la secuencia genética. En un segundo paso se lee cada secuencia y eso hace que emita diferentes colores, de forma que los investigadores pueden situar regiones completas del genoma. El equipo de Marti-Renom y su compañero David Castillo se ha encargado del análisis computacional de las imágenes y de fijar las coordenadas de cada gen.

Una de las imágenes del estudio ejemplifica la titánica tarea que queda por delante. Muestra la región coloreada —mapeada— rodeada de una burbuja azul oscuro muchas veces mayor: la parte del genoma aún por cartografiar. Cuantos más puntos aparecen en la imagen más complicado es separarlos y situarlos —las dimensiones a explorar son de apenas unas millonésimas de metro—, algo parecido a lo que sucede con las estrellas y galaxias en el universo.

Para generar el primer mapa completo del genoma en tres dimensiones habrá que visualizar unos 6.000 puntos diferentes y separarlos para poder “ver” el primer atlas tridimensional de nuestro genoma, explica Marti-Renom. Este primer mapa tendría una resolución de 500.000 bases —letras— del genoma. Su equipo y el de Harvard ya han pedido financiación pública en EE UU para iniciar este proyecto. Un primer atlas costaría “unos 100.000 euros” y requeriría por sí solo una gran cantidad de memoria informática. Pero sería solo el mapa del genoma de una célula humana, de un tejido concreto y de un solo individuo. En el cuerpo hay unos 200 tipos diferentes de células y por cada uno habría que mapear centenares de células —probablemente también cientos de individuos— con lo que el coste real pasa a ser “astronómico”, advierte Marti-Renom.

¿Será posible tener algún día un atlas completo, letra a letra, del genoma humano? Marti-Renom señala: “No con esta técnica, porque la fluorescencia de las guías de ARN no es lo suficientemente potente. Haría falta otra técnica que aún no existe, pero ya estamos pensando en cómo crearla”.

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