Traducido por el equipo de Sott.net

Los científicos han trazado por fin un mapa completo del genoma humano, casi dos décadas después de que los investigadores anunciaran por primera vez que habían secuenciado la mayor parte de los aproximadamente 3.000 millones de letras que contiene el ADN humano.
DNA molecule
© ShutterstockIlustración de una molécula de ADN.
Aunque el Proyecto Genoma Humano fue aclamado en todo el mundo cuando se completó en 2003, en aquel momento todavía no se podían ubicar muchas secciones del genoma. El nuevo trabajo -realizado por un consorcio de científicos dirigido por el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, la Universidad de California en Santa Cruz y la Universidad de Washington en Seattle- rellena por fin el último 8% de letras de ADN, o pares de bases, que antes no tenían cabida en la secuencia.

El nuevo genoma allana el camino hacia una mejor comprensión de las diferencias en el ADN de las personas y de cómo las mutaciones genéticas pueden contribuir a la aparición de enfermedades. Los científicos publicaron sus resultados el 31 de marzo en la revista Science.

En 2003, los científicos del Human Genome Project y la empresa de biotecnología Celera Genomics resolvieron la mayor parte del rompecabezas. Pero las limitaciones tecnológicas les impidieron encajar el 15% de la secuencia del ADN humano. La mayor parte de las regiones no mapeadas se concentraban en torno a los telómeros (las tapas de los extremos de los cromosomas) y los centrómeros (las secciones centrales de los cromosomas, densamente empaquetadas). En 2013, los investigadores redujeron esta brecha a solo el 8%, pero aún no pudieron ubicar 200 millones de pares de bases, el equivalente a un cromosoma entero.

"Desde que tuvimos el primer borrador de la secuencia del genoma humano, determinar la secuencia exacta de regiones genómicas complejas ha sido un reto", dijo en un comunicado Evan Eichler, coautor del estudio e investigador de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington. "Estoy encantado de que hayamos conseguido el trabajo. El plano completo va a revolucionar la forma en que pensamos sobre la variación genómica humana, las enfermedades y la evolución."

El ADN está formado por pequeñas moléculas llamadas nucleótidos, cada una de las cuales contiene un grupo fosfato, una molécula de azúcar y una base nitrogenada. Los cuatro tipos de bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina y citosina) se emparejan para formar los peldaños de la doble hélice de ADN que codifica nuestra identidad genética. Dos hebras de esta doble hélice forman un cromosoma, y los humanos tenemos un total de 23 pares de cromosomas, uno de cada progenitor. La secuenciación del ADN es el proceso de averiguar el orden de los bloques de construcción de los pares de bases en una sección del ADN.

Para completar el Proyecto Genoma Humano, los investigadores se basaron en tecnologías de lectura corta, que escaneaban varios cientos de pares de bases a la vez, separándolos en fragmentos de ADN que eran minúsculos en comparación con el genoma completo, mucho más grande. Esto hizo que el proyecto fuera como montar un puzzle de 10 millones de piezas de cielo azul y dejó muchos huecos. El trabajo también era difícil porque los dos cromosomas de un par cromosómico procedían de una persona diferente (uno de cada progenitor), lo que hacía más difícil distinguir entre las secuencias de ADN del mismo tramo del genoma que variaban entre las personas y los trozos que procedían de lugares diferentes.

Para sortear estas dificultades, los investigadores del nuevo estudio recurrieron a un extraño tipo de tejido humano denominado mola hidatiforme completa, que se forma cuando un espermatozoide fecunda un óvulo sin núcleo. El óvulo es inviable y se adhiere al útero para crecer como una "mola" con todos los cromosomas del padre pero ninguno de la madre.

A partir de esta mola, los científicos crearon una línea celular (un grupo de células que pueden cultivarse en el laboratorio) que contenía 23 pares de cromosomas de una sola persona. Para secuenciar el ADN de la mola hidatiforme, los científicos utilizaron dos nuevas técnicas de secuenciación que convirtieron el proyecto de secuenciación en un rompecabezas con decenas de miles de piezas. Las nuevas técnicas de lectura larga utilizan láseres para escanear de 20.000 a 1 millón de pares de bases a la vez, creando piezas de puzzle mucho más grandes y, por tanto, menos huecos que antes.

Los métodos de lectura prolongada permitieron al equipo reconstruir algunas de las secciones más difíciles y repetitivas del código. El resultado: Descubrieron 115 nuevos genes que creen que codifican proteínas, que se suman a un total del genoma de 19.969.

Sin embargo, la creación de la primera secuencia sin huecos no será el final de los esfuerzos de los investigadores. Calculan que alrededor del 0,3% del genoma podría contener errores, y los investigadores necesitarán mejores métodos de control de calidad para verificar estas regiones difíciles de secuenciar.

Además, el espermatozoide que fecundó la mola hidatidiforme secuenciada sólo contenía un cromosoma X, por lo que los investigadores tendrán que secuenciar por separado un cromosoma Y, que es el que hace que el embrión se desarrolle como biológicamente masculino, así como embarcarse en una secuenciación más ambiciosa de un genoma de ambos progenitores.

Los científicos creen que el mapa más completo del genoma humano permitirá a los futuros investigadores comprender mejor cómo varía el ADN entre los individuos y entre las comunidades, además de proporcionarles un mejor punto de referencia para estudiar las mutaciones en el genoma que pueden causar enfermedades perjudiciales.

Los investigadores también se han unido al Human Pangenome Reference Consortium, un grupo que pretende secuenciar más de 300 genomas humanos de todo el mundo. Esta iniciativa no sólo dará a los científicos una mejor visión de las partes del genoma que difieren entre los individuos, sino que también les ayudará a entender mejor cómo surgen las diferentes enfermedades genéticas y cómo tratarlas mejor.

"En el futuro, cuando se secuencie el genoma de una persona, podremos identificar todas las variantes de su ADN y utilizar esa información para orientar mejor su atención sanitaria", dijo en el comunicado Adam Phillippy, investigador principal del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano. "Terminar realmente la secuencia del genoma humano ha sido como ponerse unas gafas nuevas. Ahora que podemos ver todo con claridad, estamos un paso más cerca de entender lo que significa todo."