Vaya vaya. Parece ser que la genética vuelve a revolucionar la medicina. Por primera vez en la historia, un estudio de secuenciación de ADN ha hecho cambiar el diagnóstico de los médicos. Se trata de un caso en Turquía en el que un niño de pocos meses padecía un trastorno que provocaba pérdida de peso y deshidratación. Al principio, los médicos diagnosticaron como causa más probable el síndrome de Bartter. Es un mal que afecta a uno de cada 100000 bebés y causa bajos niveles de potasio y otras sales ocasionando un fallo en el riñón. Menos mal que, para completar el estudio, enviaron muestras de sangre al genetista Richard Lifton del Yale Medical School. De esta forma querían ratificar cuál era el gen causante de la enfermedad. Pero Lifton sospechó de que no era ese síndrome el culpable de la enfermedad del niño y lo que hizo fue secuenciar el genoma del bebé. Esto hubiera sido impensable hace años por los costes, el tiempo y la tecnología a utilizar, pero ahora es otro cantar. Pues menuda sorpresa se llevaron todos al comprobar que el síndrome de Bartter no era la causa sino otro trastorno llamado «congenital chloride diarrhea», que provoca también bajos niveles de sales.
El caso ha sido publicado en Proceedings of the National Academies of the Sciences (PNAS, para los que estamos muy metidos) el pasado octubre. Para que os hagáis una idea, el coste de descifrar 6 mil millones de bases en el genoma humano a caído de 1 million de dólares en 2007 a menos de 20000 dólares hoy en día. Lifton utilizó un método de extracción de dos pasos y secuenció sólo el 1% de esas bases, que contienen genes conocidos, disminuyendo el coste a 2500 dólares.
Como podéis deducir, una nueva era médica basada en la genética está comenzando a llegar. Antes no se aprobaba el diagnóstico por secuenciación. Ya no sólo por la tecnología, sino por los acuerdos con los seguros médicos.
Realmente, noticias como esta hacen que me guste cada vez más mi profesión.
Fuente: Genetic diagnosis by whole exome capture and massively parallel DNA sequencing
Según se anunció el pasado día 23, DNAVision (la mayor compañía proveedora de sistemas de secuenciación de última generación en Europa) y El Instituto de Genómica de Pekín (Beijing Genomics Insitute, que es el tercer centro más grande en estudios de genómica del mundo) se han aliado finalmente para mejorar su posición en el campo de la secuenciación de próxima generación ó «Next generation sequencing». Es una alianza totalmente estratégica viendo el potencial de las firmas asiáticas.
DNAVision suministra tecnología de secuenciación para los sistemas Illumina y Roche GS FLX. Desde hace un tiempo ya se lleva anunciando estos sistemas (junto con el SOLiD de Applied Biosystems) como métodos de próxima generación. En realidad son actuales. Todos ellos se basan en la obtención de multitud de secuencias que generan un gran «pool» de datos, pasando de hablar de Megabytes a Gigabytes de información. Ahora se debería hablar del sistema IBM transistor como el Next Generation Sequencing Method principal.
Impresionante el avance de estos últimos 10 años. Dentro de poco casi podremos pedirla secuenciación de nuestro genoma como un análisis rutinario en la seguridad social XDD.
El equipo de León ha sido escogido por su experiencia en la materia en la identificación de determinadas regiones del genoma de la oveja que influyen en la producción de leche. El grupo de investigación de la Universidad trabaja desde los años ’80 en este ámbito.
El equipo de investigadores, denominado Mejora Genética Animal (Mega), está considerado grupo de excelencia por la Junta de Castilla y León. Es el único miembro español de un proyecto que involucra a varios centros de la Unión Europea (Reino Unido, Francia e Italia), EE UU, Australia, Nueva Zelanda, China y Argentina. Esto es, casi todos los países albergan importantes cabañas ovinas y están interesados en la mejora de la producción animal en este ámbito. La iniciativa está financiada con fondos comunitarios. Los científicos pretenden obtener los primeros resultados a partir de 2012.
Se estima que el genoma de la oveja consta de entre 20.000 y 25.000 genes, cifra similar para otros mamíferos y similar al de la especie humana. Aunque no ha determinado su composición total, hay partes del genoma que se conoce por parte de la comunidad científica, ya que es muy similar al de la vaca, ya secuenciado. El trabajo de caracterización de la Universidad de León tendrá como fin último la identificación de estos genes implicados en la producción de leche, para introducir mejoras en la obtención de este alimento.
Olé por la investigación en España. Además que me salpica bien cerquita…a unos metros tan sólo. Me enorgullecen estas iniciativas.
Tras un año y medio centrado en la investigación sobre ADN circulante es hora de explicar de forma clara todo sobre esta herramienta que está revolucionando el mundo científico y, más específicamente, la Oncología.
Sin entrar en detalles demasiado técnicos y soporíferos, aquí está toda la información sobre el ADN circulante.
Una persona berlinesa consiguió deshacerse del VIH (virus de inmunodeficiencia humana responsable del SIDA) tras un transplante al recibir células madre de un donante que era inmune de forma natural. Así es como comenzó una historia que ha revolucionado a parte de la comunidad científica que lucha por erradicar este mal que amenaza al ser humano.
En 2007, cierto habitante de la capital de Alemania tuvo la desgracia de ser diagnosticado de leucemia con el VIH a sus espaldas. Su médico de entonces y ligado a la Universidad de Berlín, Gero Huetter, conocía los estudios en los que se explicaba la relación de cierta inactivación completa de un gen con la inmunidad ante el VIH. Ese gen (denominado CCR5) controla un receptor de la superficie de las células (linfocitos) T CD4, por donde el virus penetra.
Representación del receptor CCR5 en la membrana. Pulsar para ampliar.
La inactivación de ese gen de forma completa (con sus dos copias inactivadas en el genoma del individuo. Recordemos que cada gen tiene dos copias en nuestro material cromosómico) provoca la inmunidad ante el virus del SIDA. Gero Huetter hizo una búsqueda exhaustiva en las bases de datos de donantes buscando uno que fuera compatible con su paciente y que, además, tuviera ese gen inactivado de forma natural. Timothy Brown, que así se llama nuestro protagonista enfermo de leucemia e infectado por el VIH, ha estado libre de la carga viral desde poco tiempo después que se le realizara el transplante de células madre.
Distribución mundial de la prevalencia del VIH. Pulsar para ampliar.
A partir de aquí entran dos empresas biotecnológicas y una famosa universidad en busca del remedio anti-VIH.
Acción de las nucleasas con dedos de Zinc como sistema de anclaje a la secuencia a modificar. Pulsar para ampliar.
La empresa Sangamo realizó un estudio en 2009 donde se extrajeron linfocitos T CD4 de pacientes infectados y se trataron mediante la tecnología de nucleasas con dedos de Zinc. Para resumir, esas nucleasas son enzimas construidas a partir de unos dominios denominados Dedos de Zinc de unión al ADN y con enzimas de corte de ADN. Modificando esa capacidad de unión de los dedos de Zinc al ADN se pueden cortar las zonas del ADN que interesen ser escindidas. Esta tecnología permitió obtener en este estudio linfocitos T CD4 sin las copias del gen CCR5, siendo introducidos de nuevo en los pacientes de los que fueron extraídos.
Según se pudo leer en un artículo publicado el pasado mes de marzo, se determinó una mayor supervivencia de esas células modificadas y las personas que estaban siendo ya tratadas, al usarse esta técnica, mejoraron respecto a las que no recibieron los linfocitos modificados. Incluso uno de los pacientes redujo su carga viral tanto que era indetectable. Más tarde se supo que ese individuo tenía uno de los alelos de ese famoso gen CCR5 mutado, inactivado, demostrando la importancia de nuevo de poseer de forma natural esa modificación en el ADN. Uno de los problemas es la vida de los linfocitos T modificados ya que no son permanentes y tuvieron una duración de 48 horas, cosa limitante y que luego veremos que se tuvo en cuenta.
Pasando de compañía, Calimmune tuvo bien aprendida la lección de la duración de las células en el torrente sanguíneo y pasó a otro nivel: las células madre hematopoyéticas, esas células precursoras de las células sanguíneas y, por tanto, de los linfocitos T. Su excelente característica es que estos tipos celulares son permanentes.
En sus avances, la empresa hizo ensayos en individuos introduciendo tanto linfocitos T CD4 como ese tipo de células madre modificadas y presentando ese gen CCR5 inactivado. Pero para esta ocasión se utilizó otra tecnología a la hora de la modificación del ADN: el uso de vectores virales. Usando virus para eliminar otro virus. No quiero liar este post explicando la acción ya que es algo complicado puesto que se basa en el uso de lentivirus, cuyo material genético es RNA. Pero dejo una imagen de ese «silenciamiento» del gen mediante esta técnica para los más curiosos.
Ejemplo de la técnica de silenciamiento de genes mediante uso de vectores virales de Lentivirus. Pulsar para ampliar.
De este modo, lo que se intentaba era provocar que el organismo de la persona infectada por VIH se transformara en una fábrica de esos tipos celulares modificados y así curarse por sí mismas. Todos estos avances salieron a la luz el pasado agosto de forma fugaz afirmando que el uso de estas células también eran seguras.
Pero es que científicos de la Universidad de Harvard han entrado en acción y han utilizado otra tecnología llamada CRISPR/Cas para modificar las células madre de ratones e inferir esa cualidad que permita la resistencia ante el VIH. Lo mejor es que se ha avanzado en el uso de la técnica ya que se ha demostrado mediante secuenciación que el uso de este método provoca muy pocas variaciones fuera del gen que se quiere modificar. Vamos que es eficiente, cosa que se lee ya en el título del artículo publicado en octubre de este año 2014 en Cell Stem Cell «Efficient Ablation of Genes in Human Hematopoietic Stem and Effector Cells using CRISPR/Cas9».
Ejemplo de la acción de la tecnología CRISPR/Cas. Pulsar para ampliar.
Más allá de las disputas entre empresas e investigadores (que las hay) sobre quién es mejor o qué técnica tendrá mayor rendimiento a nivel clínico (recordemos que todos estos estudios fueron a nivel preclínico e in vitro y que todas las técnicas generan errores), lo que quería mostrar es esa competencia que provoca un avance. Estudios en paralelo con un mismo objetivo, algo que un alemán y su eficiente médico animaron a iniciar y que ha generado un nuevo frente de batalla ante el VIH. Un final de guerra que puede verse colapsado por esas disputas. Interesante la naturaleza del ser humano, tan rica científicamente y tan desastrosa para nuestra vida en otros campos más ¿económicos?.
En esta aparición en el programa de divulgación científica Trending Ciencia, podéis escucharme comentando la noticia de hace unos días referente a la utilización de las tecnologías de clonación por parte del gobierno Chino dirigidas al ganado porcino en pos de la investigación genética. Además, os pondréis al tanto del potencial de este gigante asiático en el campo de la secuenciación y su objetivo de clonar lo que llaman «animales adorables».
No dudéis en comentar este episodio en esta misma entrada en la web o mediante las redes sociales mencionando nuestra cuenta oficial de Twitter @TrendingCiencia o personalmente al autor del programa, que soy yo,@DoctorGenoma. O es de más animar a todo el que le guste la ciencia a suscribirse a nuestro podcast mediante su FEED o a través de las plataformas iTunes e iVoox.
Los sistemas de secuenciación actuales están permitiendo el avance en el conocimiento de todos los organismos de interés científico. En esta ocasión, el blanco era una planta muy especial por su importancia evolutiva: el loto sagrado.
El loto sagrado (Nelumbo nucifera) es un símbolo de la pureza espiritual y la longevidad. Sus semillas pueden sobrevivir hasta 1.300 años, sus pétalos y hojas repelen la suciedad y el agua, y sus flores generan calor para atraer a los polinizadores.
Ahora, investigadores de la Universidad de Illinois han publicado en la revista Genome Biology el trabajo de secuenciación de su genoma y los resultados ofrecen información sobre algunos de sus misterios. La secuencia revela que de todas las plantas secuenciados hasta el momento el loto sagrado tiene el parecido más cercano al ancestro de todas las eudicotiledóneas, una categoría amplia de plantas con flores en la que se incluyen la manzana, la col, el cactus, la planta del café, el algodón, la uva, el melón, el álamo, la soja, la girasol, el tabaco y el tomate por ejemplo.
«El loto sagrado carece de una zona del genoma que se encuentra triplicada en la mayoría de los otros miembros de esta familia», dijo la doctora Ray Ming del Instituto de Biología Genómica de la Universidad de Illinois, que dirigió el análisis con Jane Shen-Miller, profesor de biología de plantas de la Universidad de California en Los Angeles (que germinó una semilla de loto sagrado de 1.300 años de antigüedad), y Shaohua Li, director del Jardín Botánico de Wuhan en la Academia China de Ciencias.
La aparición de duplicaciones o más copias de ciertas zonas del genoma es muy importante desde el punto de vista evolutivo. Algunos de los genes duplicados (o con más copias) conservan su estructura y función original, por lo que producen más de un producto del gen, como una proteína, por ejemplo. Si estos cambios son beneficiosos, los genes persisten, si son perjudiciales, desaparecen del genoma.
«Muchos cultivos agrícolas se benefician de las duplicaciones del genoma, incluyendo el banano, la papaya, la caña de azúcar, la fresa, la sandía y el trigo», dijo Robert Van Buren, un estudiante graduado en el laboratorio y colaborador de Ming en el estudio.
El loto sagrado experimentó una duplicación independiente a sus «parientes cercanos» en la rama inicial de las eudicotiledóneas que ocurrió hace unos 65 millones de años, según los investigadores. Y se ha mantenido una gran proporción de esos genes duplicados (alrededor del 40 por ciento).
Los investigadores han encontrado evidencia de que se retuvieron la duplicación de genes relacionados con la formación de cera (que permite a la planta repeler el agua y mantenerse limpia) y que permita su supervivencia en ciertos hábitats, por ejemplo.
Al observar los cambios en la duplicación de genes, los investigadores encontraron que el loto tiene una tasa de mutación lenta en relación con otras plantas. Estas características hacen de la loto una planta de referencia ideal para aumentar el conocimiento de otras eudicototiledóneas.
Este mes tan importante para los amantes de la ciencia y más aún si el ADN te apasiona, hay que recordar un par de proyectos divulgativos MUY IMPORTANTES en dos formatos distintos. JoF son las siglas de Journal of Feelsynapsis. Os suena, ¿verdad?. Y es que tras más de año y medio de andadura, el número 9 está lleno de artículos que no se pueden dejar de escapara para alimentar al cerebro: aglomeración macromolecular, cáncer de cérvix y el virus del papiloma humano, foraminíferos, debate sobre científicos vs. periodistas…,etc, y es que hay hasta una entrevista a Charles Darwin. Además, también he podido participar para enseñar un poco más sobre ese baile cromosómico que ocurre en el momento del sobrecruzamiento y su incidencia tanto en la variabilidad genética como en la evolución.
Por cierto, y no me cansaré de decirlo, probablemente es EL MEJOR PROYECTO DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA ESCRITA GRATUITO. Ahora pasaremos del papel (ya sea real o digital) y vayamos a otro formato: el podcast. ¿Que no sabéis lo que es un podcast? ay! ay! aayyy!. En una definición sacada de lapodcastfera.net «es un archivo multimedia, normalmente audio o vídeo que puede incluir texto como subtítulos y notas, que se puede distribuir mediante un sistema de redifusión (RSS) que permita suscribirse utilizando un programa que lo descargue para que el usuario lo escuche en el momento que quiera y sin que sea necesario estar suscrito para descargarlos también». Para mucha gente todo esto se traduce (si es sólo audio) en que es la nueva radio o la radio online. Pues bien, al igual que en Journal of Feelsynapsis, se han reunido un elenco de científicos locos apasionados por la ciencia y su divulgación para crear un programa denominado Trending Ciencia donde se explican noticias científicas actuales que han sido tendencia en la actualidad. Lo recomiendo porque en muchas ocasiones entran mejor la ciencia por la oreja que por los ojos. Más aún cuando los temas son explicados de forma clara y para todo el mundo. Y, sí, lo habéis adivinado, también participo. En mi primer episodio podéis escucharme tocando dos temas interesantísimos ligados en 5 minutos: un sistema de secuenciación y la detección de metilación del ADN.
Lo dicho. Os recomiendo la lectura de JoF y la escucha de Trending Ciencia. Nunca está de más aprender cosas y más aún si la fuente de información es tan buena. ;D
Tras algún intento de probar la supercomputación para mi tesis doctoral, finalmente he podido tener acceso al servicio prestado por la Fundación del Centro de Supercomputación de Castilla y León donde pude disfrutar de darle a los comandos para usar algún que otro core de Caléndula, que así se llama el «monstruo» en cuestión.
Parte interior de uno de los clústeres de cálculo de Caléndula. Pulsar para ampliar.
El curso trataba de los análisis de metagenomas mediante supercomputación con mucha temática dirigida al uso de la ultrasecuenciación. Como ya les comenté a los organizadores, es una pena que exista una muy deficiente base informática en los investigadores de biología molecular. De los 19 presentes, yo era el único que sabía teclear en condiciones instrucciones en UNIX. Pero seguro que, al menos los asistentes, espabilarán. Casi todos mostraron interés por probar de una vez alguna distribución de Linux.
Pasando al meollo, la verdad es que para un friki de la tecnología como yo es un curso muy recomendable. A parte del título que te brinda por un precio nada despreciable de 350€ (más que ajustado ante los demás cursos ofertados sobre temas bioinformáticos a nivel nacional), la experiencia de meterse de lleno en análisis de secuencias genómicas y metagenómicas procedentes de distintos sistemas de próxima generación como los Roche 454 o los HiSeq de Illumina es apasionante. Trabajar de forma práctica siguiendo todos los pasos como si fuera un proyecto real abre mucho la mente ante todo el trabajo que hay detrás de un análisis de este estilo. Eso y que no estoy sólo en esto del frikismo bioinformático.
Hubo una primera parte en la que Jesús Lorenzana, uno de los responsables directos de Caléndula, nos dio unas nociones técnicas del proceso del sistema de supercomputación instalado en el CRAI-TIC de la Universidad de León. Datos técnicos que para algunos sólo servirán para aburrir pero que quitan el hipo cuando te has pasado años montando equipos.
Esquema de la disposición y caracterísiticas del Supercomputador Caléndula. Pulsar para ampliar.
Después Mariví López nos dio las nociones básicas para manejarse en condiciones en el entorno Linux. Cosas simples, sí, pero que incluso a un autodidacta como yo vienen bien recordar de vez en cuando. Muchas de las órdenes que he dado a través del terminal las he tecleado por inercia sin saber específicamente alguno de los atributos. Pero bueno, también son más de 12 años aprendiendo a fuerza bruta y me vino genial. Algunos comandos que luego se necesitaron no se pudieron dar, pero no hubo problemas puesto que dichas órdenes fueron necesarias posteriormente en otra clase en la que la falta de tiempo no era lo primordial y se aprendieron sobre la marcha sin problemas.
Simpáticas animaciones del cliente para el acceso SSH MobaXterm. Pulsar para ampliar.
La tarde de ese primer día fue más relajada tras el «estrés» mañanero Jesús A. Gómez-Ochoa hizo una muy sensata introducción a la bioinformática preguntando al principio cuál era nuestra experiencia y que facilitó la orientación de la charla.
En la mañana del segundo día, Alexander Sánchez Pla introdujo los sistemas de secuenciación de próxima generación y nos mostró el uso de FastQC en modo gráfico, muy importante para comprender y comparar lo que tenemos delante tras pasar nuestro ADN por un Illumina.
Aunque todas las clases fueron amenas, en el momento en el que llegó la hora de picar comandos para analizar datos de verdad el caos se hizo presente. Posiblemente el profesor encargado de la partes de RNAseq creyó que todos tenían un background en el uso de linux lo suficientemente correcto como para no estar pensando más en la orden que dar que en el análisis en sí, en los pasos a dar. La ejecución de los scripts que es básica llegó como un jarro de agua fría para mis compañeros. Y es normal. Posiblemente en otras ediciones se baraje dar una formación algo más gradual dejando esta parte de RNAseq casi para el final. Todo también unido a que fue la última clase de la mañana y la falta de azúcar hizo estragos.
Las sesiones vespertinas posteriores fueron teóricas iniciándose con el análisis mediante el uso de Microarrays por Enrique J. de Andrés Galiana. Una ponencia que, desde mi punto de vista, fue muy matemática y en la que me sentí bastante perdido.
Características de cuatro supercomputadores punteros a nivel mundial. Pulsar para ampliar.
Javier Tamames siguió con su parte dedicada al análisis de la diversidad microbiana y de metagenómica explicando todos y cada uno de los pasos a seguir para cada tipo de experimento. Con una página web creada para el curso como apoyo tanto para él como para los alumnos y agilizando el aprendizaje correctamente, se intercalaron los usos de la supercomputación con herramientas vía web para análisis menos exigentes. La repetición de los pasos y la consecución de los análisis siguiendo esas instrucciones provocó una buena asimilación de estos estudios que se basaban en análisis de secuencias del 16S con sistemas Roche 454.
Las prácticas con el Dr. Tamames duraron hasta el último minuto del último día de clase mañanera, tras el cuál nos dispusimos a visitar el sistema de supercomputación Caléndula. Jesús nos desgranó, a nivel comprensible por todos, tanto los sistemas de emergencia como las tecnologías que componen el gigantesco puzzle de supercomputación que hasta hace poco se encontraba entre el Top 500 mundial.
Para que notéis la sensación de estar en el superordenador, os pongo a continuación el sonido ensordecedor grabado in situ.–>PULSAR AQUÍ para escuchar el sonido del supercomputador.
Accediendo a Caléndula desde Android. Pulsar para ampliar.
Aunque tras terminar el curso no se había podido asimilar todo el temario, la disponibilidad para descargarse todo lo impartido y tener acceso a Caléndula durante la semana siguiente (para mí poco tiempo debido a la cercanía de la Semana Santa y que soy un biólogo algo inquieto), provoca que se pueda exprimir al máximo el evento. Aunque para mí, una semana me supo a poco. Ojalá, en un futuro no demasiado lejano, todos los inquietos por estos sistemas de análisis se puedan dividir en categorías para saciar las distintas mentes. Pero al día de hoy es una buena experiencia que no está al alcance de muchos. Eso sí, después de ver las tripas de Caléndula se me va a hacer pequeño cualquier otro sistema informático convencional.
Imagen de uno de los días del curso.
Agradecimientos: quiero dar las gracias tanto a todos y cada uno de los instructores por su paciencia y buen hacer y en especial a Jesús Lorenzana y Ruth Alonso por la ayuda prestada para la recopilación de datos e imágenes para este artículo.
Durante los últimos años la tecnología ha permitido avanzar en el análisis de muestras de ADN de una forma increíble. Dejando a un lado la secuenciación masiva tanto de organismos únicos cómo a nivel metagenómico, el uso de chips siempre ha estado presente. Los más conocidos son los microarrays y puede que más de uno haya utilizado sistemas de detección de variaciones del ADN como el Experion. Dichos sistemas permiten el análisis para la detección de enfermedades e incluso su tratamiento observando el patrón de expresión.
En esta ocasión la firma japonesa Panasonic junto con los laboratorios belgas IMEC, han desarrollado un chip que permite el análisis del ADN procedente de muestras sanguíneas y que se destinará (según dicen ellos) para el tratamiento de ciertas enfermedades al detectar las variaciones de un sólo nucleótido (SNPs) de nuestro ácido desoxirribonucléico. Lo curioso es que aseguran que todo el proceso se realiza en 1 hora con la consecución de 30 ciclos de PCR en tan sólo 9 minutos. A continuación dejo un vídeo del producto en cuestión donde nos los explican casi todo:
De lo que no se habla es del coste por análisis el cuál no debería ser elevado puesto que los sistemas de secuenciación tienden cada vez más a abaratar la obtención del genoma entero de un individuo, que pronto bajará de los 1000€. La detección de enfermedades de índole genética y su tratamiento eficaz será algo muy usual dentro de poco. Aunque ponga los pelos de punta si recordamos la película GATTACA.
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