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CIENCIA. Secuenciación genómica: cómo los investigadores identifican Omicron y otras variantes de COVID-19

 


¿Cómo detectan los científicos nuevas variantes del virus que causa COVID-19? La respuesta es un proceso llamado secuenciación del ADN .

Los investigadores secuencian el ADN para determinar el orden de los cuatro componentes químicos, o nucleótidos , que lo componen: adenina, timina, citosina y guanina. Los millones a miles de millones de estos bloques de construcción emparejados juntos forman un genoma que contiene toda la información genética que un organismo necesita para sobrevivir.

Cuando un organismo se replica , hace una copia de todo su genoma para transmitirla a su descendencia. A veces, los errores en el proceso de copia pueden provocar mutaciones en las que se intercambian, eliminan o insertan uno o más bloques de construcción. Esto puede alterar los genes , las hojas de instrucciones de las proteínas que permiten que un organismo funcione y, en última instancia, puede afectar las características físicas de ese organismo. 

En los seres humanos, por ejemplo, el color de los ojos y el cabello es el resultado de variaciones genéticas que pueden surgir de mutaciones. En el caso del virus que causa COVID-19, SARS-CoV-2 , las mutaciones pueden cambiar su capacidad para propagarse, causar infección o incluso evadir el sistema inmunológico.

El primer genoma humano tardó dos décadas en secuenciarse. Con los avances tecnológicos, los científicos ahora pueden secuenciar el ADN en cuestión de horas.


¿Cómo se secuencian los genomas?

Uno de los primeros métodos que utilizaron los científicos en las décadas de 1970 y 1980 fue la secuenciación de Sanger , que implica cortar el ADN en fragmentos cortos y agregar etiquetas radiactivas o fluorescentes para identificar cada nucleótido. Luego, los fragmentos se pasan por un tamiz eléctrico que los clasifica por tamaño. En comparación con los métodos más nuevos, la secuenciación de Sanger es lenta y solo puede procesar tramos relativamente cortos de ADN. A pesar de estas limitaciones, proporciona datos muy precisos y algunos investigadores todavía están utilizando activamente este método para secuenciar muestras de SARS-CoV-2 .

Desde finales de la década de 1990 , la secuenciación de próxima generación ha revolucionado la forma en que los investigadores recopilan datos y comprenden los genomas. Conocidas como NGS, estas tecnologías pueden procesar volúmenes mucho mayores de ADN al mismo tiempo, lo que reduce significativamente la cantidad de tiempo que lleva secuenciar un genoma.

Hay dos tipos principales de plataformas NGS: secuenciadores de segunda y tercera generación.


La secuenciación de segunda generación marca cada nucleótido con un color específico.

Las tecnologías de segunda generación pueden leer el ADN directamente. Después de que el ADN se corta en fragmentos, se agregan tramos cortos de material genético llamados adaptadores para darle a cada nucleótido un color diferente. Por ejemplo, la adenina es de color azul y la citosina es de color rojo. Finalmente, estos fragmentos de ADN se introducen en una computadora y se vuelven a ensamblar en la secuencia genómica completa.

Las tecnologías de tercera generación como Nanopore MinIon secuencian directamente el ADN pasando toda la molécula de ADN a través de un poro eléctrico en el secuenciador. Debido a que cada par de nucleótidos interrumpe la corriente eléctrica de una manera particular, el secuenciador puede leer estos cambios y cargarlos directamente en una computadora. Esto permite a los médicos secuenciar muestras en instalaciones clínicas y de tratamiento en el punto de atención. Sin embargo, Nanopore secuencia volúmenes más pequeños de ADN en comparación con otras plataformas NGS.

La secuenciación de tercera generación detecta cambios en una corriente eléctrica para identificar nucleótidos.

Aunque cada clase de secuenciador procesa el ADN de una manera diferente, todos pueden informar los millones o miles de millones de componentes básicos que componen los genomas en poco tiempo, desde unas pocas horas hasta unos pocos días. Por ejemplo, Illumina NovaSeq puede secuenciar aproximadamente 150 mil millones de nucleótidos, el equivalente a 48 genomas humanos, en solo tres días.

Uso de datos de secuenciación para combatir el coronavirus

Entonces, ¿por qué la secuenciación genómica es una herramienta tan importante para combatir la propagación del SARS-CoV-2?

Las respuestas rápidas de salud pública al SARS-CoV-2 requieren un conocimiento profundo de cómo el virus está cambiando con el tiempo. Los científicos han estado utilizando la secuenciación del genoma para rastrear el SARS-CoV-2 casi en tiempo real desde el comienzo de la pandemia. Millones de genomas individuales de SARS-CoV-2 han sido secuenciados y almacenados en varios repositorios públicos como la Iniciativa Global para Compartir Datos de Influenza Aviar y el Centro Nacional de Información Biotecnológica .

La vigilancia genómica ha guiado las decisiones de salud pública a medida que ha surgido cada nueva variante. Por ejemplo, la secuenciación del genoma de la variante omicron permitió a los investigadores detectar más de 30 mutaciones en la proteína de pico que permite que el virus se una a las células del cuerpo humano. Esto hace que omicron sea una variante preocupante , ya que se sabe que estas mutaciones contribuyen a la capacidad del virus para propagarse. Los investigadores todavía están aprendiendo cómo estas mutaciones podrían afectar la gravedad de las infecciones que causa omicron y qué tan bien puede evadir las vacunas actuales.

Esta imagen muestra una lectura de ADN de la variante alfa del SARS-CoV-2. Una mutación está marcada por líneas de puntos. Sebastian Gollnow / Picture Alliance a través de Getty Images

La secuenciación también ha ayudado a los investigadores a identificar variantes que se propagan a nuevas regiones. 

La detección rápida de omicron en todo el mundo enfatiza el poder de una vigilancia genómica sólida y el valor de compartir datos genómicos en todo el mundo. Comprender la composición genética del virus y sus variantes brinda a los investigadores y funcionarios de salud pública información sobre cómo actualizar mejor las pautas de salud pública y maximizar la asignación de recursos para el desarrollo de vacunas y medicamentos. 

Al proporcionar información esencial sobre cómo frenar la propagación de nuevas variantes, la secuenciación genómica ha salvado y seguirá salvando innumerables vidas durante el transcurso de la pandemia.

Fuente: Profesor y director de la Escuela de Ciencias de la Vida Thomas H. Gosnell, Instituto de Tecnología de Rochester; Profesor asistente en la Escuela de Ciencias de la Vida Thomas H. Gosnell, Instituto de Tecnología de Rochester (para The Conversation)

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