Investigadores generan una secuencia completa del cromosoma X humano
Imagen que muestra las piezas del rompecabezas de las secuencias de ADN uniéndose. Crédito: Ernesto del Aguila III (NHGRI)
Investigadores del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI), parte de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), han producido la primera secuencia de ADN de extremo a extremo de un cromosoma humano . Los resultados, publicados hoy en la revista Nature, muestran que ahora es posible generar una secuencia precisa base por base de un cromosoma humano y permitirá a los investigadores producir una secuencia completa del genoma humano.
«Este logro inicia una nueva era en la investigación genómica», dijo Eric Green, MD, Ph.D., director del NHGRI. «La capacidad de generar secuencias verdaderamente completas de cromosomas y genomas es una hazaña técnica que nos ayudará a obtener una comprensión integral de la función del genoma e informar el uso de la información genómica en la atención médica».
Después de casi dos décadas de mejoras, la secuencia de referencia del genoma humano es la secuencia del genoma de vertebrados más precisa y completa jamás producida. Sin embargo, existen cientos de lagunas o secuencias de ADN faltantes que se desconocen.
Estas lagunas suelen contener segmentos de ADN repetitivos que son excepcionalmente difíciles de secuenciar. Sin embargo, estos segmentos repetitivos incluyen genes y otros elementos funcionales que pueden ser relevantes para la salud y la enfermedad humanas.
Debido a que el genoma humano es increíblemente largo y consta de alrededor de 6 mil millones de bases, las máquinas de secuenciación de ADN no pueden leer todo el bases a la vez. En cambio, los investigadores cortan el genoma en pedazos más pequeños y luego analizan cada pedazo para producir secuencias de unos pocos cientos de bases a la vez. Esas secuencias de ADN más cortas deben volver a unirse.
El autor principal Adam Phillippy, Ph.D., del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI) comparó este problema con resolver un rompecabezas.
«Imagínese tener que reconstruir un rompecabezas. Si está trabajando con piezas más pequeñas, cada una contiene menos contexto para descubrir de dónde proviene, especialmente en partes del rompecabezas sin pistas únicas, como un cielo azul», dijo. . «Lo mismo ocurre con la secuenciación del genoma humano. Hasta ahora, las piezas eran demasiado pequeñas y no había manera de unir las partes más difíciles del rompecabezas del genoma».
De los 24 cromosomas humanos ( incluyendo X e Y), los autores del estudio Phillippy y Karen Miga, Ph.D., de la Universidad de California, Santa Cruz, optaron por completar primero la secuencia del cromosoma X, debido a su vínculo con una gran variedad de enfermedades, incluida la hemofilia, la enfermedad granulomatosa y distrofia muscular de Duchenne.
Los seres humanos tienen dos juegos de cromosomas, uno de cada padre. Por ejemplo, los humanos biológicamente femeninos heredan dos cromosomas X, uno de su madre y otro de su padre. Sin embargo, esos dos cromosomas X no son idénticos y contendrán muchas diferencias en sus secuencias de ADN.
Video que muestra cómo se juntan las piezas del rompecabezas de las secuencias de ADN. Crédito: Ernesto del Aguila III
En este estudio, los investigadores no secuenciaron el cromosoma X de una célula humana normal. En su lugar, utilizaron un tipo de célula especial que tiene dos cromosomas X idénticos. Tal célula proporciona más ADN para la secuenciación que una célula masculina, que tiene solo una copia de un cromosoma X. También evita las diferencias de secuencia que se encuentran al analizar dos cromosomas X de una célula femenina típica.
Los autores y sus colegas aprovecharon las nuevas tecnologías que pueden secuenciar segmentos largos de ADN. En lugar de preparar y analizar pequeños fragmentos de ADN, utilizaron un método que deja las moléculas de ADN prácticamente intactas. Estas grandes moléculas de ADN fueron luego analizadas por dos instrumentos diferentes. Cada uno de ellos genera secuencias de ADN muy largas, algo que los instrumentos anteriores no podían lograr.
Después de analizar el cromosoma X humano de esta manera, Phillippy y su equipo usaron su programa informático recientemente desarrollado para ensamblar los muchos segmentos de las secuencias generadas. El grupo de Miga lideró el esfuerzo para cerrar la brecha de secuencia más grande que queda en el cromosoma X, los aproximadamente 3 millones de bases de ADN repetitivo que se encuentran en la parte media del cromosoma, llamada centrómero.
No hay «oro estándar» para que los investigadores evalúen críticamente la precisión del ensamblaje de secuencias de ADN tan repetitivas. Para ayudar a confirmar la validez de la secuencia generada, Miga y sus colaboradores realizaron varios pasos de validación.
«En realidad, nunca antes habíamos visto estas secuencias en nuestro genoma, y no tenemos muchas herramientas para probar si las predicciones estamos haciendo son correctos. Por eso es importante contar con especialistas en la comunidad de genómica que evalúen y garanticen que el producto final sea de alta calidad», dijo Miga.
El esfuerzo es parte de una iniciativa más amplia por el consorcio Telómero a Telómero (T2T), parcialmente financiado por NHGRI. El consorcio tiene como objetivo generar una secuencia de referencia completa del genoma humano.
El consorcio T2T continúa sus esfuerzos con los cromosomas humanos restantes, con el objetivo de generar una secuencia completa del genoma humano en 2020.
«Todavía no sabemos qué encontraremos en las secuencias recién descubiertas. Es lo desconocido y emocionante del descubrimiento. Esta es la era de las secuencias genómicas completas, y la estamos adoptando de todo corazón», dijo Phillippy.
Quedan desafíos potenciales. Los cromosomas 1 y 9, por ejemplo, tienen segmentos de ADN repetitivos que son mucho más grandes que los que se encuentran en el cromosoma X.
«Sabemos que estos sitios previamente desconocidos en nuestro genoma son muy diferentes entre los individuos, pero es importante comenzar a descubrir cómo estas diferencias contribuyen a la biología humana y la enfermedad», dijo Miga. Tanto Phillippy como Miga están de acuerdo en que la mejora de los métodos de secuenciación seguirá creando nuevas oportunidades en la genética y la genómica humanas.
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Nueva técnica promete genomas más precisos Información de la revista: Nature
Proporcionado por NIH/Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano Cita: Investigadores generan Secuencia completa del cromosoma X humano (14 de julio de 2020) recuperada el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-scientists-closer-entire-human-genome.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.