Secuenciación genómica: cómo los investigadores identifican omicron y otras variantes de la COVID-19
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¿Cómo detectan los científicos nuevas variantes del virus que causa la 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 o miles de millones de estos componentes básicos combinados 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 su genoma completo para transmitirlo a su descendencia. A veces, los errores en el proceso de copia pueden dar lugar a mutaciones en las que se intercambian, eliminan o insertan uno o más componentes básicos. 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 humanos, por ejemplo, el color de los ojos y el cabello son el resultado de variaciones genéticas que pueden surgir de las mutaciones. En el caso del virus que causa el COVID-19, SARS-CoV-2, las mutaciones pueden cambiar su capacidad de propagarse, causar infección o incluso evadir el sistema inmunológico.
Somos bioquímicos y microbiólogos que enseñamos y estudiar los genomas de las bacterias. Ambos utilizamos la secuenciación del ADN en nuestra investigación para comprender cómo las mutaciones afectan la resistencia a los antibióticos. Las herramientas que usamos para secuenciar el ADN en nuestro trabajo son las mismas que los científicos están usando ahora mismo para estudiar el virus SARS-CoV-2.
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 consiste en 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 de ADN relativamente cortos. A pesar de estas limitaciones, proporciona datos muy precisos y algunos investigadores siguen utilizando activamente este método para secuenciar muestras de SARS-CoV-2.
Desde finales de la década de 1990, la secuenciación de última generación ha revolucionado la forma en que los investigadores recopilan datos. y comprender los genomas. Conocidas como NGS, estas tecnologías pueden procesar volúmenes mucho más altos 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 dar 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 al pasar la molécula de ADN completa 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 a una computadora. Esto permite a los médicos secuenciar muestras en las instalaciones clínicas y de tratamiento del punto de atención. Sin embargo, Nanopore secuencia volúmenes más pequeños de ADN en comparación con otras plataformas NGS.
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 un tiempo corto, de unas pocas horas a unos pocos días. Por ejemplo, Illumina NovaSeq puede secuenciar aproximadamente 150 000 millones de nucleótidos, el equivalente a 48 genomas humanos, en solo tres días.
La secuenciación de tercera generación detecta cambios en una corriente eléctrica para identificar nucleótidos.
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?
Respuestas rápidas de salud pública al SARS- CoV-2 requiere un conocimiento íntimo 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 del SARS-CoV-2 han sido secuenciados y alojados en varios repositorios públicos, como la Iniciativa global para compartir datos sobre la influenza aviar y el Centro nacional de información biotecnológica.
La vigilancia genómica ha guiado las decisiones de salud pública como cada nueva variante ha surgido. Por ejemplo, la secuenciación del genoma de la variante omicron permitió a los investigadores detectar más de 30 mutaciones en la proteína espiga 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 de propagación del virus. 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.
La secuenciación también ha ayudado a los investigadores a identificar variantes que se propagan a nuevas regiones. Al recibir una muestra de SARS-CoV-2 recolectada de un viajero que regresó de Sudáfrica el 22 de noviembre de 2021, los investigadores de la Universidad de California en San Francisco pudieron detectar la presencia de omicron en cinco horas y tenían casi todo el genoma. secuenciado en ocho. Desde entonces, los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades han estado monitoreando la propagación de omicron y asesorando al gobierno sobre formas de prevenir la transmisión comunitaria generalizada.
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 en el transcurso de la pandemia.
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Un científico explica la secuenciación del genoma del SARS-CoV-2 Proporcionado por The Conversation
Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
Cita: Secuenciación genómica: cómo los investigadores identifican omicron y otras variantes de COVID-19 (21 de diciembre de 2021) consultado el 29 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2021-12 -genomic-sequencing-omicron-covid-variants.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.