Completan la primera secuenciación en la historia del cromosoma humano X

Investigadores del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI), que forma parte de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos, han producido la primera secuencia de ADN de extremo a extremo de un cromosoma humano, según publican en la revista Nature.

Los resultados muestran que ahora es posible generar una secuencia precisa, base por base de un cromosoma humano, y permitirá a los investigadores producir una secuencia completa del genoma humano.

"Este logro da comienzo a una nueva era en la investigación genómica -destaca Eric Green, director del NHGRI-. La capacidad de generar secuencias verdaderamente completas de cromosomas y genomas es una hazaña técnica que nos ayudará a obtener una comprensión integral de la función del genoma e informar el uso de información genómica en la atención médica".

Después de casi dos décadas de mejoras, la secuencia de referencia del genoma humano es la secuencia de genoma de vertebrados más precisa y completa jamás producida. Sin embargo, hay cientos de huecos o secuencias de ADN que faltan o se desconocen.
Estas brechas suelen contener segmentos de ADN repetitivos que son excepcionalmente difíciles de secuenciar. Sin embargo, estos segmentos repetitivos incluyen genes y otros elementos funcionales que pueden ser relevantes para la salud y la enfermedad humana.

El rompecabezas del genoma

Debido a que un genoma humano es increíblemente largo y consta de aproximadamente 6.000 millones de bases, las máquinas de secuenciación de ADN no pueden leer todas las bases a la vez. En cambio, los investigadores cortan el genoma en piezas más pequeñas, luego analizan cada pieza para producir secuencias de unos cientos de bases a la vez. Esas secuencias de ADN más cortas se deben volver a unir.

El autor principal, Adam Phillippy, también del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI) compara este problema con la resolución de un rompecabezas: "Imagine tener que reconstruir un rompecabezas. Si está trabajando con piezas más pequeñas, cada una contiene menos contexto para averiguar de dónde vino, especialmente en partes del rompecabezas sin ninguna pista única, como un cielo azul -explica-. Es igual para la secuenciación del genoma humano. Hasta ahora, las piezas eran demasiado pequeñas y no había forma de unir las partes más difíciles del rompecabezas del genoma".

En este estudio, los investigadores no secuenciaron el cromosoma X de una célula humana normal. En cambio, usaron un tipo de célula especial, uno que tiene dos cromosomas X idénticos. Dicha célula proporciona más ADN para la secuenciación que una célula masculina, que tiene una sola copia de un cromosoma X. También evita las diferencias de secuencia que se encuentran al analizar dos cromosomas X de una célula femenina típica.

Nuevas tecnologías para secuenciar ADN

En lugar de preparar y analizar pequeñas piezas de ADN, utilizaron un método que deja las moléculas de ADN en gran parte intactas. Estas grandes moléculas de ADN fueron analizadas por dos instrumentos diferentes. Cada uno de ellos genera secuencias de ADN muy largas, algo que los instrumentos anteriores no podían lograr.

Después de analizar el cromosoma X humano de esta manera, Phillippy y su equipo utilizaron su programa informático recientemente desarrollado para ensamblar los muchos segmentos de secuencias generadas. El grupo de Miga lideró el esfuerzo para cerrar la mayor brecha de secuencia restante en el cromosoma X, los aproximadamente 3 millones de bases de ADN repetitivo que se encuentran en la parte media del cromosoma, llamado centrómero.

No existe un 'estándar de oro' para que los investigadores evalúen críticamente la precisión del ensamblaje de secuencias de ADN tan repetitivas. Para ayudar a confirmar la validez de la secuencia generada, Miga y sus colaboradores realizaron varios pasos de validación.

"Nunca antes hemos visto estas secuencias en nuestro genoma, y no tenemos muchas herramientas para probar si las predicciones que estamos haciendo son correctas. Es por eso que es importante contar con especialistas en la comunidad de genómica que evalúen y garanticen que el producto final es de alta calidad", añade Miga.

Pero aun quedan desafíos potenciales. Los cromosomas 1 y 9, por ejemplo, tienen segmentos de ADN repetitivos que son mucho más grandes que los que se encuentran en el cromosoma X. "Sabemos que estos sitios previamente desconocidos en nuestro genoma son muy diferentes entre los individuos, pero es importante comenzar a descubrir cómo estas diferencias contribuyen a la biología y las enfermedades humanas", señala Miga.