Un nuevo punto de referencia podría mejorar la detección de variantes genéticas relacionadas con la atrofia muscular espinal, otras enfermedades
Los puntos de referencia de secuenciación del genoma del NIST son secuencias de ADN de alta precisión que las clínicas y los laboratorios de investigación pueden usar como una especie de clave de respuesta al probar sus propios métodos de secuenciación. Crédito: B. Hayes/NIST
Los tramos de ADN que difieren de persona a persona, llamados variantes, son una parte importante de lo que nos hace únicos, pero también pueden ponernos en mayor riesgo de enfermedad. Aunque actualmente podemos deletrear entre el 80% y el 90% de los millones que se encuentran en el genoma humano, las variantes restantes pueden contener pistas para el tratamiento de una serie de enfermedades. Hoy en día, la lista de variantes aún por decodificar se ha reducido considerablemente.
Un equipo dirigido por investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), el Baylor College of Medicine y DNAnexus ha caracterizado más de 20 000 variantes en 273 genes de importancia médica. En un estudio publicado en la revista Nature Biotechnology, los investigadores aplicaron métodos de secuenciación de ADN de última generación y de larga data para descifrar los códigos genéticos de las variantes con un alto grado de certeza. Usando sus resultados, formularon puntos de referencia que ayudarán a los laboratorios y clínicas a secuenciar los genes con mayor precisión, lo cual es fundamental para obtener una mejor comprensión de una gran cantidad de enfermedades y, finalmente, desarrollar tratamientos.
«Algunos de estos genes, Se sospecha que los que antes eran de muy difícil acceso tienen alguna conexión con la enfermedad. Otros tienen una importancia clínica muy clara», dijo el ingeniero biomédico del NIST Justin Zook, coautor del estudio. «SMN1, por ejemplo, es un gen que caracterizamos que está directamente asociado con la atrofia muscular espinal, una condición rara pero grave».
El nuevo punto de referencia es el último producido por Genome in a Bottle (GIAB) consorcio, un esfuerzo de colaboración patrocinado por el NIST destinado a mejorar las tecnologías de secuenciación de ADN y hacerlas prácticas para la aplicación clínica.
Estos puntos de referencia son secuencias de ADN de alta precisión que las clínicas y los laboratorios de investigación pueden usar como una especie de clave de respuestas al probar sus propios métodos de secuenciación. Al secuenciar el mismo genoma utilizado para desarrollar un punto de referencia y luego comparar su resultado con el punto de referencia en sí, podrían aprender qué tan bien pueden detectar ciertas variantes.
A lo largo de los años, producir puntos de referencia para algunas regiones del genoma ha demostrado ser mucho más difícil que otros. Hay varias razones, muchas de las cuales están relacionadas con el enfoque general que la gente usa para secuenciar el ADN.
En lugar de secuenciar genomas completos de una sola vez, las tecnologías de secuenciación de ADN leen primero secuencias de pequeñas fracciones de ADN y luego luego intente colocarlos juntos correctamente, de forma similar a un juego de rompecabezas. Los genomas de referencia, el primero de los cuales fue completado por el Proyecto Genoma Humano, son genomas casi completos, unidos a partir del ADN de varias personas, que sirven como guías sobre dónde colocar las piezas del rompecabezas.
Ya que compartimos cerca al 99,9% de nuestra composición genética como especie, cualquier genoma humano tendrá casi el mismo código que el genoma de referencia. Esto significa que armar un genoma es una cuestión de colocar las piezas en función de dónde coincidan con la referencia. La mayoría de las variantes se alinean usando este proceso. Ciertos tipos arrojan una llave en él.
En particular, un tipo llamado variante estructural puede crear grandes diferencias entre un genoma y un genoma de referencia. Van desde 50 hasta miles de letras o bases, y toman muchas formas, incluido el código insertado, eliminado o reorganizado. Cuanto más distinto es un genoma de la referencia, más difícil es usar la referencia como guía, dijo Zook.
Las variantes estructurales podrían hacer que los laboratorios extravíen involuntariamente fragmentos de ADN y, en un entorno clínico , ese tipo de error puede hacer que una variante relacionada con una enfermedad eluda la detección o que una variante inofensiva genere una alarma. Además de los costos humanos, los tratamientos prescritos innecesariamente o demasiado tarde debido a estos errores de medición podrían establecer la necesidad de tratamientos más costosos o invasivos para los pacientes en el futuro, lo que aumentaría drásticamente los costos de atención médica.
Sin embargo, recientes Los avances en la tecnología de secuenciación han eliminado algunos de estos obstáculos. En el nuevo estudio, el consorcio GIAB aplicó la última tecnología para descifrar algunas de las regiones más esquivas del genoma humano con una conexión conocida o sospechada con enfermedades.
Un factor clave en el esfuerzo fue la secuenciación de alta fidelidad, o HiFi, que puede secuenciar tramos más largos de ADN. Los métodos comunes de secuenciación de ADN pueden leer alrededor de cien bases, pero con la secuenciación HiFi, puede leer con precisión decenas de miles a la vez, dijo Zook.
«En lugar de tener un rompecabezas de mil piezas, donde tiene estas pequeñas y diminutas piezas que tienes que armar, es más como tener un rompecabezas de cien piezas donde tienes piezas más grandes que puedes armar», dijo Zook.
El equipo empleó específicamente HiFi con hifiasm , una herramienta de software de última generación que resuelve simultáneamente otro problema que ha dificultado la secuenciación del ADN.
En lugar de leer ambas copias de los cromosomas de un individuo (uno de la madre y el otro del padre), la lectura previa Los métodos secuenciaron una amalgama de ambos, lo que provocó que se cometieran errores y se perdieran detalles importantes exclusivos de cada copia.
Con hifiasm, los investigadores pudieron deletrear de forma independiente las copias separadas del genoma de una persona. En el caso de este estudio, el genoma era de una sola persona, designada HG002, que había dado su consentimiento para publicar su código genético a través del Proyecto Genoma Personal.
Los autores utilizaron estas tecnologías además de los métodos previamente establecidos. , aprovechando las fortalezas de cada uno a la vez. Al final, su enfoque les permitió descubrir las secuencias de más de 20 000 variantes, incluidas docenas de variantes estructurales difíciles de evaluar en 273 genes, y lo hicieron con mayor precisión de la que se podría lograr con un solo método.
Además de la atrofia muscular espinal, los investigadores caracterizaron variantes en genes relacionados con enfermedades cardíacas, diabetes, enfermedad celíaca y muchas otras afecciones.
El equipo también encontró inesperadamente errores en los dos genomas de referencia que estaban usando. Algunos podrían hacer que los métodos de secuenciación interpreten mal los genes que provocan enfermedades graves, incluida la homocistinuria, que se asocia con trastornos del sistema óseo, cardiovascular y nervioso y que, por lo general, se detecta a través de pruebas de detección en recién nacidos, dijo Zook. Con sus variantes recientemente evaluadas, los autores propusieron correcciones a los genomas de referencia que usaron.
Las evaluaciones comparativas en sí mismas ahora están disponibles públicamente para que los laboratorios las utilicen bien. Para hacerlo, los investigadores o médicos interesados primero tendrían que secuenciar muestras de HG002, a las que se puede acceder a través de la Oficina de Materiales de Referencia del NIST, y luego comparar sus resultados con los puntos de referencia.
El estudio marca un paso significativo en el viaje en curso del consorcio GIAB para mejorar la precisión de la secuenciación del ADN. Pero con miles de genes importantes que quedan por caracterizar que contienen variantes que son difíciles de precisar, los investigadores pretenden seguir adelante, aplicando las últimas y mejores tecnologías a medida que estén disponibles.
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El equipo desarrolla un punto de referencia para detectar grandes mutaciones genéticas vinculadas a enfermedades importantes Más información: Chen-Shan Chin, Puntos de referencia de variación seleccionados para desafiar genes autosómicos médicamente relevantes, Nature Biotechnology (2022) ). DOI: 10.1038/s41587-021-01158-1. www.nature.com/articles/s41587-021-01158-1 Información de la revista: Nature Biotechnology
Proporcionado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología Cita: Nuevo punto de referencia podría mejorar la detección de variantes genéticas vinculadas a la atrofia muscular espinal, otras enfermedades (2022, 7 de febrero) consultado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-benchmark-genetic-variants-linked-spinal.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.