Espa?a y EE UU desarrollan una t¨¦cnica para ver el genoma humano como nunca se hab¨ªa hecho

Cient¨ªficos de Espa?a y EE UU han desarrollado una t¨¦cnica que permite explorar el genoma humano en tres dimensiones como nunca antes se hab¨ªa hecho, una capacidad esencial para entender uno de los hechos m¨¢s asombrosos que suceden en todos y cada uno de los seres humanos de este planeta.

Toda la informaci¨®n que una persona necesita para estar viva est¨¢ escrita en su genoma: una doble h¨¦lice que contiene 3.000 millones de letras de ADN. Esa secuencia contiene todas las instrucciones para fabricar las prote¨ªnas que nos permiten respirar, ver, leer estas l¨ªneas y realizar todas las funciones b¨¢sicas del organismo.

Estirada de extremo a extremo, la secuencia de ADN mide dos metros. Casi cada una de las c¨¦lulas del cuerpo lleva una copia del genoma y los humanos somos m¨¢s o menos 30 billones de c¨¦lulas. Esto significa que si una persona pudiese estirar y unir el genoma de todas sus c¨¦lulas podr¨ªa alcanzar sin problemas Pr¨®xima Centauri, el sistema solar m¨¢s cercano a la Tierra a 40 billones de kil¨®metros. Pero lo asombroso es que esa h¨¦lice de dos metros es capaz de plegarse y retorcerse sobre s¨ª misma de una forma alucinante hasta embutirse en un espacio que es 10 veces m¨¢s peque?o que el di¨¢metro de un pelo: el n¨²cleo de la c¨¦lula.

La secuencia bidimiensional del genoma humano se conoce desde 2001, pero la estructura tridimensional es a¨²n un universo por explorar. Nuestro genoma tiene forma de ovillo formado por las secuencias de ADN enmara?adas de forma aparentemente ca¨®tica. En realidad siguen un orden matem¨¢tico fractal que evita que se formen nudos. El ovillo est¨¢ en continuo movimiento para que los genes est¨¦n cerca de los interruptores moleculares que los encienden y los apagan en el momento preciso. Si estir¨¢semos la secuencia, interruptor y gen estar¨ªan tan lejos que no funcionar¨ªan.

¡°Podemos decir que gracias a esta t¨¦cnica pasamos de ver pa¨ªses aislados a poder explorar continentes enteros a la vez¡±

Marti-Renom, experto en biocomputaci¨®n del CRG-CNAG

Desde antes de nacer el ovillo del genoma sigue una coreograf¨ªa perfecta que primero ayuda formar un cuerpo completo y despu¨¦s lo mantiene vivo y sano. Los fallos en el plegado del ADN pueden desajustar la acci¨®n de los genes lo que puede dar lugar a defectos de nacimiento, como ni?os con m¨¢s de cinco dedos en una mano o un pie. Ya en la edad adulta, enfermedades como el c¨¢ncer producen aberraciones gen¨®micas que multiplican el tama?o de algunas regiones probablemente claves para que los tumores puedan sobrevivir.

¡°Hasta ahora, las t¨¦cnicas de an¨¢lisis del genoma en tres dimensiones solo nos permit¨ªan explorar dos o tres genes a la vez¡±, explica Marc Marti-Renom, investigador del Centro de Regulaci¨®n Gen¨®mica y coautor del nuevo estudio, que detalla una t¨¦cnica para visualizar el genoma tridimensional viendo hasta 129 genes a la vez; 30 veces m¨¢s que hasta ahora. ¡°Podemos decir que gracias a esta t¨¦cnica pasamos de ver pa¨ªses aislados a poder explorar continentes enteros a la vez¡±, ejemplifica Marti-Renom.

¡°Esperamos poder cartografiar genomas completos a una resoluci¨®n alt¨ªsima, viendo cada giro, cada pliegue, cada rinc¨®n y cada rendija¡±

Chao-ting Wu, universidad de Harvard (EE UU)

Y aun as¨ª solo vemos una fracci¨®n ¨ªnfima de todo el globo gen¨®mico. El genoma humano contiene unos 30.000 genes y estos en conjunto solo suponen el 2% de todo el gl¨®bulo gen¨®mico. ¡°Nuestro genoma est¨¢ involucrado de una forma u otra en todas las enfermedades y la forma en la que nuestro cuerpo lucha contra ellas. Por eso, para comprender mejor cada dolencia y dise?ar tratamientos debemos conocer c¨®mo funciona el genoma en todos sus aspectos, incluido el tridimensional¡± explica Chao-ting Wu, genetista de la Escuela de Medicina de la Universidad de Harvard y coinventora de esta t¨¦cnica, descrita hoy en Nature Methods. Gracias a esta nueva t¨¦cnica, llamada OligoFISSEQ, ¡°esperamos poder cartografiar genomas completos a una resoluci¨®n alt¨ªsima, viendo cada giro, cada pliegue, cada rinc¨®n y cada rendija¡±, resume Wu.

La nueva t¨¦cnica ha sido desarrollada en Harvard por el grupo de Wu y el de su colega y marido George Church. Esta nueva tecnolog¨ªa consiste en crear gu¨ªas de ARN que son complementarias con una regi¨®n concreta del ADN del genoma y que permiten localizar hasta 129 puntos diferentes dentro de la secuencia gen¨¦tica. En un segundo paso se lee cada secuencia y eso hace que emita diferentes colores, de forma que los investigadores pueden situar regiones completas del genoma. El equipo de Marti-Renom y su compa?ero David Castillo se ha encargado del an¨¢lisis computacional de las im¨¢genes y de fijar las coordenadas de cada gen.

Una de las im¨¢genes del estudio ejemplifica la tit¨¢nica tarea que queda por delante. Muestra la regi¨®n coloreada ¡ªmapeada¡ª rodeada de una burbuja azul oscuro muchas veces mayor: la parte del genoma a¨²n por cartografiar. Cuantos m¨¢s puntos aparecen en la imagen m¨¢s complicado es separarlos y situarlos ¡ªlas dimensiones a explorar son de apenas unas millon¨¦simas de metro¡ª, algo parecido a lo que sucede con las estrellas y galaxias en el universo.

Para generar el primer mapa completo del genoma en tres dimensiones habr¨¢ que visualizar unos 6.000 puntos diferentes y separarlos para poder ¡°ver¡± el primer atlas tridimensional de nuestro genoma, explica Marti-Renom. Este primer mapa tendr¨ªa una resoluci¨®n de 500.000 bases ¡ªletras¡ª del genoma. Su equipo y el de Harvard ya han pedido financiaci¨®n p¨²blica en EE UU para iniciar este proyecto. Un primer atlas costar¨ªa ¡°unos 100.000 euros¡± y requerir¨ªa por s¨ª solo una gran cantidad de memoria inform¨¢tica. Pero ser¨ªa solo el mapa del genoma de una c¨¦lula humana, de un tejido concreto y de un solo individuo. En el cuerpo hay unos 200 tipos diferentes de c¨¦lulas y por cada uno habr¨ªa que mapear centenares de c¨¦lulas ¡ªprobablemente tambi¨¦n cientos de individuos¡ª con lo que el coste real pasa a ser ¡°astron¨®mico¡±, advierte Marti-Renom.

?Ser¨¢ posible tener alg¨²n d¨ªa un atlas completo, letra a letra, del genoma humano? Marti-Renom se?ala: ¡°No con esta t¨¦cnica, porque la fluorescencia de las gu¨ªas de ARN no es lo suficientemente potente. Har¨ªa falta otra t¨¦cnica que a¨²n no existe, pero ya estamos pensando en c¨®mo crearla¡±.

Puedes seguir a MATERIA en Facebook, Twitter, Instagram o suscribirte aqu¨ª a nuestra Newsletter.