Genomas I

Genomas I

A nueve años del anuncio del primer borrador funcional del genoma humano, las tecnologías de secuenciación han ido desarrollándose a tal grado que se ha anunciado que la misma tarea podrá ser cumplida en cuestión de minutos en el futuro próximo a un costo de hasta 100 USD por genoma.

En México, el Instituto  Nacional de Medicina Genómica
publicó en el 2009 sus resultados con respecto al proyecto
Diversidad Genómica de la Población Mexicana.
(Tomado de: INMEGEN

Actualmente existen más de 15,000 proyectos de genomas reportados en la Base de Datos de Genomas (GOLD), entre genomas de organismos individuales y metagenomas. De ellos, 3,130  han sido completados y 10,541 siguen en proceso; 2,304 proyectos están relacionados con metagenomas y muestras ambientales; finalmente, 1,420 genomas están relacionados con proyectos como el Human Microbiome Project (Proyecto Microbioma Humano) y el proyecto GEBA (Enciclopedia Genómica de Bacterias y Arqueas).

La secuenciación genómica y el análisis de secuencias son actividades relativamente costosas y técnicamente demandantes; consecuentemente, la utilidad y la validez de la información obtenida ha sido cuestionada, habiendo quienes han afirmado, con respecto a la relevancia de la información genómica porporcionada por algunas compañías para el diagnóstico clínico, que lo que se ha realizado en los últimos años se trata en realidad de “genómica recreativa”. Sin embargo, al volverse más accesibles las tecnologías para la secuencación de genomas, la información obtenida puede llegar a tener una cotización todavía más elevada.
 
Medicina personalizada y big pharma genomics
 
La historia de la familia Hoover (provenientes de una comunidad principalmente menonita en Pennsylvania) y la enfermedad genética que se llevó la vida de su bebé y que estuvo a punto de hacer lo mismo con su hija, es un ejemplo claro de la utilidad de contar con información genómica y los medios tecnológicos para analizar las muestras provenientes de pacientes y hacer decisiones terapéuticas de manera oportuna (en el caso de la familia Hoover, se trató de un transplante de médula).
 
Historias similares de pacientes afectados por enfermedades raras pueden encontrarse en RareGenomics, una institución sin fines de lucro dedicada a acercar la tecnología de secuenciación genómica a pacientes con enfermedades poco comunes. Una de las características distintivas de este programa, es que las historias de cada paciente son accesibles en línea, permitiendo que la información pueda ser reconocida por otras familias que estén pasando por la misma situación.
 
Pero la información genómica no solamente es útil para enfermedades poco comunes. El uso de la información genómica para construir un perfil individualizado de una persona y así determinar con mayor precisión una estrategia terapéutica, es a grandes rasgos lo que se entiende por medicina personalizada.
Una manera accesible para asimilar este concepto quizá sea utilizar como ejemplo el metabolismo de medicamentos. Dentro de la práctica de la medicina tradicional es común observar que las dosis para determinados medicamentos son prescritas tomando en cuenta solamente parámetros como la edad y masa corporal; sin embargo, dentro de los individuos que caerían dentro de la misma categoría de edad y masa corporal existen todavía diferencias importantes en la velocidad con la que metabolizan al medicamento.
 
El metabolismo de los medicamentos se ve afectado por las variantes de las enzimas implicadas que posea un individuo. En consecuencia, la respuesta frente a un medicamento también se ve comprometida y puede volverse necesario reconsiderar la dosis del medicamento a prescribir, pues algunos pacientes podrían no presentar ningún efecto terapéutico, mientras que a otros podrían exacerbarse los efectos secundarios, aún cuando se esté utilizando una misma dosis. Uno puede determinar qué variantes de enzimas posee al analizar los genes que codifican estas enzimas y con base en este conocimiento.
 

 

Dos herramientas para encontrar asociaciones entre genes y características de relevancia clínica (como la respuesta a medicamentos o la susceptibilidad a alguna enfermedad), son los “estudios de asociación al genoma completo” o GWAS (Genome Wide Association Studies) y los estudios de genes candidatos.
 
Los GWAS, en especial, se han enfrentado a críticas fundamentadas en que dichos estudios solamente han sido capaces de descubrir variantes comunes de genes con poco efecto sobre las características de relevancia clínica, mientras que las variantes con efectos más notorios estaban presentes en variantes de genes poco comunes en la población. En pocas palabras, las variantes de los genes de mayor relevancia para la característica investigada, no serían identificados por los GWAS.
 
El escenario, sin embargo, está por cambiar al extenderse y volverse más accesible el acceso a las tecnologías de secuenciación de “siguiente generación” (NGS, Next Generation Sequencing). Con la posibilidad de secuenciar exomas completos de inviduos, se espera que la resolución de los GWAS se incremente y permita identificar esas variantes de genes poco comunes, pero con grandes efectos sobre las características investigadas.
 
Puntos de muestreo de la expedición Sorcerer II.
Tomado de: Rusch, et al., (2007).

 

La aventura metagenómica
Cerca de dos millones de especies de organismos vivos han sido descritos en todo el mundo, sin embargo, se estima que la cifra verdadera es algo más de 11 millones. La diversidad de organismos que todavía no se han descubierto es como una mina de oro, pues ellos contienen nuevas enzimas y nuevas rutas metabólicas que pueden ser de valor económico.
Sin embargo, en el caso de los microorganismos, para poder acceder directamente a estos nuevos tipos de efectores biológicos y para poder describir con certeza nuevas especies se necesita poder cultivarlos de manera axénica (es decir, sin que estén presentes otro tipos de organismos) en el laboratorio y hasta ahora esto solo es posible para un conjunto de organismos (se estima que solamente el 1% de la diversidad de bacterias es cultivable); para los restantes, no se han encontrado las condiciones necesarias para mantenerlos vivos.
 
Sin embargo, existe otra manera para poder acceder a la gran diversidad de organismos y efectores biológicos que permanecen sin ser descritas: aislar directamente todo el DNA presente en una muestra ambiental y secuenciarlo; es decir, hacer metagenómica.
 
 
 
Después de la carrera por obtener la secuencia del genoma humano, el Dr. Craig Venter y un grupo de colaboradores partieron en su yate, el Sorcerer II, en una expedición todavía más ambiciosa: obtener la secuencia de DNA de los genomas de los microorganismos que fueran encontrando en su camino.
 
El Dr. Venter y la tripulación de la expedición Sorcerer II hicieron un recorrido por aguas del Atlántico Norte, pasaron por el Golfo de México, cruzaron el Canal de Panamá y se adentraron en el Pacífico. Alrededor de 6 Gpb (miles de millones de pares de bases) fueron secuenciados a partir de las 44 muestras colectadas. De los datos obtenidos, 6.12 millones de proteínas fueron predichas y, tomando en cuenta solamente las proteínas que fueron descubiertas en esta expedición, se generaron 3,995 grupos de proteínas (protein clusters); de estos grupos de proteínas, 1,700 no presentan homología con ninguna familia de proteínas conocidas.
 
En este y otros estudios de metagenómica han descubierto que algunas proteínas que antes se pensaba que eran exclusivas de determinado tipo de organismos, en realidad están distribuidas en otros muchos organismos diferentes. Por ejemplo, genes relacionados a la bacteriorrodopsina, un fotorreceptor que hasta entonces se pensaba que era exclusivo de Archeas, fueron descubiertos inmersos en contextos genéticos de Bacterias.
 
Los investigadores dedicados a analizar la gran cantidad de información y material genético obtenido de las bibliotecas metagenómicas han ideado métodos de sondeo para encontrar genes que codifican para alguna función determinada, como genes de resistencia a antibióticos, algunos transportadores y enzimas lipolíticas. Estos análisis se han dado a conocer como metagenómica funcional. 
 
 
En GOLD Genome Map GOLD Genome Earth puede
verse una representación gráfica de los sitios donde
se han colectado muestras metagenómicas en todo el mundo.

El equipo de Venter en el Sorcerer II se las vio muy complicadas a la hora de ensamblar genomas individuales a partir de sus muestras metagenómicas. Además, aquellos microorganismos que representan porcentajes reducidos de la población total (organismos subrepresentados), pasaban prácticamente por desapercibidos.

 
Sin embargo, aplicando las nuevas tecnologías de secuenciación, la información que puede obtenerse es todavía mayor, podiendo abarcarse incluso la información correspondiente a estos organismos que presentes en poca proporción. Recientemente, un grupo de la Universidad de Washington publicó que fueron capaces de aislar genomas de organismos individuales y que permanecensin poder ser cultivados en el laboratorio, incluso de organismos subrepresentados cuyas secuencias representan hasta el 1.7% de muestras metagenómicas.
 
A partir de la información obtenida de los genomas individuales de muestras metagenómicas, será posible inferir las rutas metabólicas y las condiciones de cultivo para los microorganismos que hasta ahora permanecen sin ser cultivados. 
 
Con la posibilidad de adentrarnos cada vez más y con mayor certeza en el vasto mundo de los microorganismos desconocidos, se avecina una de las épocas más emocionantes de la Microbiología.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s