As¨ª es el superordenador que descifra el genoma humano

Todo comienza en una peque?a superficie negra y plana en la que se amontonan 800.000 mol¨¦culas por mil¨ªmetro cuadrado. En esta muestra se encuentra el genoma completo de un paciente. El mapa gen¨¦tico donde est¨¢n los rasgos que comparte con todos los humanos y las peque?as variaciones que le hacen ¨²nico: desde los atributos f¨ªsicos hasta la predisposici¨®n a sufrir enfermedades. Las m¨¢quinas del CNAG?(Centro Nacional de An¨¢lisis Gen¨®mico) trabajan sin descanso para secuenciar 20 genomas al d¨ªa. "Igual que los ordenadores tienen su informaci¨®n en 0 y 1, la de cada c¨¦lula est¨¢ en G, T, A y C. La parte importante es el orden en el que est¨¢n colocadas estas cuatro mol¨¦culas qu¨ªmicas. Cada genoma humano tiene 3.300 millones de estas bases. Para conseguir buenos resultados, nosotros secuenciamos 2 billones de bases al d¨ªa", explica el director del CNAG, Ivo Glynne Gut.

La secuenciaci¨®n es solo el primer paso. Al bucear entre estas millones de bases gen¨¦ticas se descubren mutaciones que pueden ser responsables de enfermedades como el c¨¢ncer. Esta b¨²squeda del tesoro implica analizar 30 terabytes de informaci¨®n al d¨ªa (el pendrive con el actual r¨¦cord de almacenamiento es de 2TB), para la que no valen ordenadores normales.

"La parte b¨¢sica de nuestro trabajo es encontrar las mutaciones en genes y analizar si podr¨ªan ser responsables de la aparici¨®n de alguna enfermedad. Sin supercomputaci¨®n no podr¨ªamos analizar los genomas, ser¨ªa imposible", explica Sergi?Beltr¨¢n, director de la unidad de bioinform¨¢tica del CNAG.?De la capacidad y rendimiento de sus superordenadores depende, entre otros proyectos, su investigaci¨®n con el Hospital Sant Joan de D¨¦u de Barcelona, con el que colaboran para analizar el genoma de ni?os con c¨¢ncer que van a ser operados en pocas semanas.?

El objetivo es apostar por una terapia de precisi¨®n. Si se conoce exactamente en qu¨¦ gen (o genes) se ha producido la mutaci¨®n que ha derivado en c¨¢ncer, el tratamiento podr¨¢ ser m¨¢s exacto, m¨¢s certero. "Es posible saber cu¨¢l es la causa molecular de tu c¨¢ncer. Ya no es solo c¨¢ncer de pecho. Sino que sabemos exactamente cu¨¢les son los genes que est¨¢n mutados y a los que hay que atacar. El siguiente reto es saber qu¨¦ medicamentos pueden tratar cada mutaci¨®n", desarolla Beltr¨¢n. El an¨¢lisis gen¨®mico como puente hacia el diagn¨®stico, como?camino hacia la medicina personalizada.?

Disponer de un DNI gen¨¦tico

El primer mapa del genoma humano tard¨® 10 a?os en completarse. La haza?a, que se consigui¨® en el a?o 2000, parec¨ªa el final. Pero el tiempo ha demostrado que solo era el pistoletazo de salida para una carrera lenta y larga. Primero porque, en casi dos d¨¦cadas, no se ha conseguido todav¨ªa comprender c¨®mo activar o desactivar determinados genes puede hacernos m¨¢s violentos o m¨¢s susceptibles a una enfermedad. Y larga, porque aunque el futuro se imagine con forma de DNI gen¨¦tico (una especie de?un documento donde est¨¦ registrado el an¨¢lisis gen¨¦tico de cada paciente para que el m¨¦dico lo pueda consultar), quedan cimas mucho m¨¢s cercanas por conquistar. Los algoritmos y los grandes centros de an¨¢lisis gen¨®mico, como el CNAG, son el campo de batalla.?El tiempo y el precio, los pr¨®ximos objetivos. Se necesitan an¨¢lisis gen¨¦ticos m¨¢s r¨¢pidos y baratos.?

El objetivo es que en unos a?os un paciente con c¨¢ncer pueda tener su an¨¢lisis gen¨¦tico y diagn¨®stico en un d¨ªa

"Nuestra misi¨®n es que cuando un paciente con un c¨¢ncer con origen gen¨¦tico llegue al m¨¦dico, se le pueda hacer un an¨¢lisis gen¨¦tico, concluir un diagn¨®stico?y ponerle un tratamiento personalizado. Todo en un d¨ªa y con un coste por debajo de los 100 euros", se?ala Carlos Clerencia, director de Intel Iberia. La tecnolog¨ªa de Intel es la que permite al CNAG su alta capacidad de procesamiento: "Somos el n¨²cleo duro, pero tambi¨¦n la parte invisible", a?ade Clerencia.

Un an¨¢lisis gen¨¦tico cuesta alrededor de 1.000 euros y tarda 15 d¨ªas, en el caso del CNAG. Ya hay algunas compa?¨ªas privadas que consiguen hacer la secuenciaci¨®n en 24 horas, pero a un precio superior. "No estamos tan lejos de tenerlo en un d¨ªa. El principal obst¨¢culo para lograr recortar el tiempo es tecnol¨®gico, se necesitan?procesadores?y secuenciadores m¨¢s potentes. Pero el precio s¨ª est¨¢ m¨¢s lejos, tienen que bajar muchos costes", explica Beltr¨¢n.?

Un an¨¢lisis gen¨¦tico cuesta alrededor de 1.000 euros y tarda 15 d¨ªas

Aun as¨ª, ambos objetivos est¨¢n m¨¢s cerca que hace solo unos a?os. En 2010, la secuenciaci¨®n individual costaba alrededor de 70.000 euros;?en 2012 ya hab¨ªa ca¨ªdo a 3.000 euros. Ese mismo a?o, el CNAG secuenciaba solo siete genomas diarios. Sin embargo, el cambio real se producir¨¢, seg¨²n Beltr¨¢n, cuando "realmente sea m¨¢s?barato y r¨¢pido analizar el genoma entero que todas las pruebas previas en los hospitales". En los centros m¨¦dicos se realizan los llamados paneles, tests que tratan de identificar variaciones gen¨¦ticas conocidas. "Estas pruebas son m¨¢s baratas y r¨¢pidas de forma individual, pero se centran solo en cuatro genes, por lo que termina siendo un proceso muy largo", sostiene este miembro del CNAG.

M¨¢s capacidad de computaci¨®n que de secuenciaci¨®n

En la planta baja de la torre I del parque cient¨ªfico de Barcelona hay una sala sin ventanas y con ventilaci¨®n subterr¨¢nea. La preside una fila enorme de m¨¢quinas negras y plateadas. Son los superordenadores. Estas los que se encargan del almacenamiento y los del procesamiento. Algunos son propios del CNAG y otros pertenecen al verdadero monstruo de la supercomputaci¨®n: el Marenostrum del Barcelona Supercomputing Center (BSC). Este centro de an¨¢lisis gen¨®mico tiene conexi¨®n directa con el BSC, ya que est¨¢n separados solo un kil¨®metro de distancia. Gracias a toda la inversi¨®n, ha conseguido subir su capacidad de procesamiento de 850 n¨®dulos en 2011 a 3.500 y aumentar de 1,2 petabytes de capacidad (12 veces la capacidad de un ordenador normal) a 2 petabytes.?

El otro gran n¨²cleo del CNAG est¨¢ al centro opuesto. Es una sala blanca y bien iluminada en la que la temperatura est¨¢ controlada para que siempre haya 20 grados. De la exactitud dependen las pruebas. Ah¨ª est¨¢n ellos. Los 12 secuenciadores Illumina de varias generaciones (su precio oscila entre los 600.000 y 900.000 euros seg¨²n el modelo) y los tres de Oxford Nanopore, reci¨¦n llegados. Juntos consiguen secuenciar 20 genomas diarios, pero el futuro va m¨¢s lejos: "El objetivo es que podamos hacer 100 o 200 genomas cada d¨ªa. Se pueden comprar?sistemas m¨¢s potentes para producir m¨¢s informaci¨®n", detalla el director del CNAG.?

Dos obst¨¢culos, seg¨²n Gut, se interponen para conseguir esta cifra de secuenciaci¨®n (10 veces superior a la actual): los secuenciadores Illumina "tienen una gran calidad, pero por su tipo de procesamiento ser¨ªa muy dif¨ªcil acelerar el proceso", y "el sistema de los Oxford Nanopore todav¨ªa no est¨¢ tan maduro y pueden tener un genoma entero en una hora, pero la calidad no da el nivel". "Ahora mismo tenemos m¨¢s capacidad de computaci¨®n que de secuenciaci¨®n, es en esta ¨²ltima parte donde debemos apostar la financiaci¨®n", concluye el director del CNAG.?

La implicaci¨®n de estas m¨¢quinas ha revolucionado la investigaci¨®n gen¨¦tica. La tecnolog¨ªa ha permitido a los expertos aplicar otra metodolog¨ªa de trabajo: empezar sin hip¨®tesis establecidas, rastrear mutaciones en todos los genes. La investigaci¨®n contra el c¨¢ncer ha sido una de las m¨¢s beneficiadas, pero no la ¨²nica. Los an¨¢lisis gen¨¦ticos permiten buscar patrones entre pacientes con enfermedades raras, para completar un gran mapa gen¨¦tico, encontrar individuos separados por kil¨®metros de distancia pero con la misma mutaci¨®n, comparar tratamientos. El prop¨®sito final es crear una enorme biblioteca digital de datos m¨¦dicos, que respete la privacidad del paciente , pero permita acelerar las tareas de diagn¨®stico. No se conoce cu¨¢ndo, ni c¨®mo podr¨¢ ser posible este big data m¨¦dico; pero s¨ª que solo podr¨¢ ser dentro de un superordenador.?