La carrera del genoma: desde el fago Qbeta al genoma de Watson en menos de 40 años

autor: Miguel Vicente

Pronto será posible llevar la secuencia individual de nuestro genoma en el documento de identidad. Todavía sirve para poco, pero es un primer paso que abrirá las puertas para la medicina individualizada. La técnica se ha usado para secuenciar el genoma de James Watson, codescubridor de la doble hélice, y de un aislado clínico de Francisella tularensis una bacteria patógena del supuesto arsenal bioterrorista.


James Watson básico. Un retrato publicado en el número de Nature en elque se ha publicado la secuenciación del genoma del codescubridor de lala doble hélice.


Hace casi cuarenta años, en agosto de 1972, asistía en Amsterdam al 8º Congreso Europeo de Bioquímica en el que Charles Weissman relataba las maravillas del fago Qbeta, un virus que ataca a las bacterias. Me impresionó cómo Weissman, para explicar qué poco se sabía en aquél momento sobre la secuencia de este pequeño virus bacteriano, tomaba un balón y con gran desenvoltura sacaba por una abertura lo que parecía un rosario de cuentas de color blanco, que nos decía representaban los 4160 nucleotidos de la única cadena de  RNA que compone su genoma. De vez en cuando el rosario que salía del balón, en vez de cuentas blancas, tenía unas pocas cuentas de colorines, que nos decía eran las que habían sido identificadas como Adenina, Uracilo, Guanina o Citosina, los cuatro compuestos, o bases, que configuran la secuencia en el ARN*.

Un rosario de cuentas sin identificar.
Al final de la explicación quedaba esparcido en el suelo un rosario blanco con breves toques de color. Determinar el orden en el que se disponen los nucleotidos en el material genético, la secuenciación, es lo que permite leer la información contenida en los genes. En aquéllos años era un proceso tedioso y poco exacto, tanto era así, que muchas secuencias de ADN o, en casos como Qbeta, de ARN, se deducían aplicando
a la secuencia de las proteínas que codificaban la traducción inversa del código genético. Como un aminoácido puede ser codificado por más de un triplete de bases la traducción inversa no podía por menos que ser ambigua.

Tan solo cinco años más tarde se inventaron dos procedimientos de secuenciación que contribuyeron a revolucionar la Biología de finales del siglo veinte, y con ella las expectativas de tratar muchas enfermedades cuyas causa eran por entonces prácticamente desconocida. Uno de los dos métodos de secuenciación, diseñado por el doble premio Nobel (1958 y 1980) Frederick Sanger, prevaleció por ser fácilmente automatizable. Con esa tecnología fue posible plantearse el Proyecto Genoma Humano, cuyo objetivo era obtener la secuencia de los tres mil millones de bases que componen el genoma humano, casi un millón de veces el genoma de Qbeta. Pero no fue una tarea fácil, aparte de otra docena de avances técnicos, se tardaron diez años desde que se esbozó el proyecto (que oficialmente empezó en octubre de 1990) hasta que se publicaron en febrero de 2001 los resultados de la primera fase del Proyecto, y no fue hasta 2004 que realmente se dio por finalizado.




Una batería de secuenciadores del tipo usado en el Proyecto Genoma. Basados en el método de secuenciación de Sanger separan los fragmentos de ADN por electroforesis.


Del coche de caballos al fórmula 1
¿Cuánto se ha tardado ahora en averiguar la secuencia completa del genoma de James Watson, el codescubridor, con Rosalind Franklin, Francis Crick y Maurice Wilkins, de la doble hélice del ADN? Dos meses. El coste del Proyecto Genoma, cientos de millones de dólares, el de la secuencia de Watson, una centésima parte.

La tecnología, como podemos imaginarnos ya obsoleta, que usó el Proyecto Genoma necesitó instalaciones de un gran número de máquinas  trabajando a la vez, que más recordaban una factoría que un laboratorio. El instrumento usado ahora se podría colocar en la mesilla de noche. Su diseño, desde su fundamento químico hasta el proceso de medida, ha hecho borrón y cuenta nueva con el método de Sanger, que incluía un engorroso proceso de separación de  fragmentos de ADN de distinto tamaño. Ahora todo se hace en microbolitas enclaustradas individualmente en micronichos a las que llegan los reactivos necesarios para añadir uno a uno los cuatro diferentes nucleotidos, que según se van incorporando al fragmento de ADN que hay en cada bolita producen un pequeño destello gracias a otra reacción química acoplada. Los destellos son procesados por un ordenador que interpreta y ensambla la información y la convierte en la secuencia del ADN.


Secuenciador de 454 Life Sciences. El utilizado para secuenciar el genoma de James Watson. El ordenador se aloja en la mesita sobre la que está el módulo en el que se realizan las reacciones químicas.


¿Lo pagará la Seguridad Social?
Todavía se está lejos de abaratar el coste del proceso hasta los mil dólares (unos 650 euros al cambio de hoy), que es lo que se considera estaríamos dispuestos a pagar los ciudadanos de a pie para disfrutar de tener la secuencia de nuestro genoma. Hoy sería de todas maneras un lujo inútil, ya que la información para poder interpretar el contenido del genoma todavía está en mantillas. Pero sin duda esto abre nuevos horizontes en el camino hacia la medicina personalizada. Y por pura lógica, obtener la secuencia completa de una bacteria, ha pasado de durar años a poder completarse en días. Incluso la secuencia del genoma de Mycoplasma genitalium, que como ya dijimos en otro artículo tiene el genoma de menor tamaño secuenciado, se pudo completar en 4 horas. Esta rapidez del método se nos anuncia puede servir para hacer un diagnóstico que detecte desde la propagación de genes de resistencia a los antibióticos en las infecciones, hasta ataques bioterroristas.  Esta última es la motivación que ha guiado el trabajo de secuenciación de aislados clínicos de la bacteria Francisella tularensis para comparar su genoma con el de estirpes de referencia, su aplicación a 80 estirpes requirió tan solo 6 semanas.

* En el ADN, que forma el genoma de la mayor parte de los seres incluido el humano, en vez de Uracilo se encuentra Timina.


REFERENCIAS
Wheeler et al. 2008. The complete genome of an individual by massively parallel DNA sequencing. Nature. 452: 872-876.

M.V. Olson. 2008. Dr Watson’s base pairs. Nature. 452: 819-820.

La Scola et al. 2008. Rapid comparative genomic analysis for clinical microbiology: The Francisella tularensis paradigm. Genome Research. 18:742-750.



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