Nanoporos permiten secuenciar COVID-19 en tiempo real.

La secuenciación a través de nanoporos es un método para determinar el orden en el que los nucleótidos se  organizan  en una hebra de ADN/ARN.  Un nanoporo  es  un pequeño agujero del orden de un  nanómetro en su diámetro interno. Los agujeros pueden ser creados por proteínas  que perforan membranas (nanoporos biológicos) o  hacerlos materiales sólidos tales como  silicona y grafeno. ​El método consiste en generar  los nanoporos en un medio conductor, al aplicar  un  voltaje se  puede  observar una corriente  eléctrica producida por la conducción de iones a  través del orificio. Si pasa una base, una hebra entera de ADN u otra molécula por el nanoporo, la magnitud de la corriente varía, lo que permite al pasar una hebra de ADN determinar la secuencia de los nucleóticos.

El ADN puede atravesar un nanoporo por varias razones. Por ejemplo, por medio de la electroforesis el ADN puede ser atraído hacia el nanoporo y eventualmente pasar a través del mismo. Enzimas unidas al nanoporo pueden también guiar el ADN hacia dentro. El tamaño del orificio fuerza a que el ADN que pasa a través de él sea leído base por base. De esta forma, a medida que pasa alguna de las cuatro bases nitrogenadas, la corriente eléctrica varía, permitiendo la lectura de la hebra de ADN. Si bien el método se comenzó a desarrollar desde 1995, es en el artículo Continuous base identification for single-molecule nanopore DNA sequencing, publicado en Nature Nanotechnology (2009), realizado por investigadores de las universidad de Oxford, el que sienta las bases de la empresa Oxford Nanopore; empresa que en la actualidad comercializa un secuenciador portátil “de bolsillo” en tiempo real (MinIon). El secuenciador lo utilizó la  comunidad para la secuenciación rápida (7 horas, incluyendo el tiempo de la PCR) en situaciones de brotes múltiples, incluyendo Zika, Ébola, Fiebre Amarilla, Gripe Porcina y una variedad de otros patógenos. Esta experiencia ha respaldado el rápido despliegue de la secuenciación por nanoporos para el brote actual del COVID-19. En la actualidad alrededor de 30 países están utilizando la secuenciación de nanoporos para COVID-19 y otros 40 países se están preparando para hacerlo. Los datos del genoma viral generados prospectivamente durante los brotes pueden ayudar a proporcionar información sobre la relación con otros virus, el modo y el ritmo de la evolución, la propagación geográfica y la adaptación a los huéspedes humanos. Esta información puede usarse para ayudar en investigaciones epidemiológicas, particularmente cuando se combina con otros tipos de datos (por ejemplo, recuentos de casos). La red ARTIC está poniendo a disposición un conjunto de materiales para ayudar a los grupos a secuenciar el virus, incluido un conjunto de cebadores, protocolos de laboratorio, tutoriales y conjuntos de datos. Estos se centran principalmente en el uso del secuenciador de nanoporos. La nanotecnología abre el camino a secuenciadores económicos, rápidos y portátiles.

Infornación complementaría:
Oxford Nanopore.

Análisis del genoma completo en 90 minutos.

En el  artículo de libre acceso “Churchill: an ultra-fast, deterministic, highly scalable and balanced parallelization strategy for the discoveryof human genetic variation in clinical and populationscale genomics” publicado en línea el 20 de enero de 2015 en Genome Biology, se describe un software ultra-rápido, altamente escalable para analizar una muestra de genoma completo en 90 minutos. Llevó alrededor de 13 años y se gastaron 3 mil millones de dólares para secuenciar el primer genoma humano; en la actualidad incluso los grupos de investigación más pequeños pueden completar la secuenciación genómica en cuestión de días. Sin embargo, una vez generados todos los datos,  muchos grupos de investigación chocan contra un muro. Los científicos se quedan con miles de millones de datos para analizar antes de que se pueda extraer cualquier información realmente útil para su uso en la investigación y en el ámbito clínico. Para superar los desafíos de analizar esa gran cantidad de datos se presenta en el artículo “un oleoducto computacional” denominado "Churchill". Mediante el uso de nuevas técnicas computacionales permite el análisis eficiente de una muestra de genoma completo en tan sólo 90 minutos. Churchill automatiza completamente el proceso de análisis necesario para tomar datos de la  secuencia en bruto a través de una serie de procesos intensivos computacionalmente complejos y, en última instancia, produce una lista de variantes genéticas listas para la interpretación clínica. Cada paso en el proceso se ha optimizado para reducir significativamente el tiempo del análisis, sin sacrificar la integridad de los datos, lo que resulta en un método de análisis que es 100% reproducible. El método tiene una sensibilidad del 99,7 %,  precisión en 99,99% y eficacia diagnóstica global de 99,66%; es altamente escalable y permite  el análisis poblacional completo de 1000 genomas en una semana utilizando recursos de la nube. Un interesante aporte al objetivo estratégico de introducir la medicina genómica en múltiples ámbitos de la investigación y de atención médica.
Otro paso hacia la era de la secuenciación masiva de genomas.

Lecturas complementarias:

Churchill: an ultra-fast deterministic,...
El Robin Hood económico del siglo XXI.

Secuenciarán el genoma de un millón de veteranos de guerra.

El Departamento de Asuntos de Veteranos de los EEUU (VA)  adjudicó su primer contrato para la secuenciación de ADN del genoma completo y análisis de datos a Personalis Inc. para secuenciar los primeros 1000 genomas de veteranos de guerra. Personalis Genoma Services cuenta con capacidad para secuenciar el genoma humano en forma precisa  y completa de extremo a extremo y también para realizar su análisis informático. En el contrato se utilizan muestras de varias fuentes del VA, incluyendo los del  Programa Million Veteran (MVP). El MVP es un esfuerzo de secuenciación de genomas histórico  para lograr una mejor comprensión sobre  como los genes afectan la salud. Se espera que en los próximos 5-6 años un millón de veteranos se  inscribirán en el estudio del VA. Los datos y muestras genéticas recogidas se almacenarán de forma segura y estarán disponibles para los estudios de los investigadores autorizados con las garantías estrictas para proteger la información médica privada de los veteranos. El Centro del VA está equipado con un sistema robotizado para la extracción y almacenamiento del ADN. El Centro en  la actualidad se está ampliando para guardar hasta 4 millones de muestras. Con más de 135.000 afiliados a la fecha, el MVP ya supera con creces el número de matrícula de cualquier otro estudio o programa de secuenciación del VA en el pasado. MVP ofrece a los investigadores una rica fuente de datos genéticos, de la salud, del estilo de vida y de la exposición militar recogidos de cuestionarios, registros médicos, y de la secuenciación masiva de los genomas. Al combinar esta información en una sola base de datos, MVP se compromete a avanzar en el conocimiento sobre la compleja relación entre los genes y la salud de los veteranos de guerra. 
Lectura complementaria:
Million veterans sequenced.Nature Biotechnology 31, (470) 2013.

Secuencian el genoma completo de 32 personas con autismo.

En el artículo  “Detection of Clinically Relevant Genetic Variants in Autism Spectrum Disorder by Whole-Genome Sequencing” publicado el 11 de julio del 2013 en la revista científica The American Journal of Human Genetics,  se presentan los resultados de la secuenciación de 32 canadienses con autismo y de los miembros de sus respectivas familias. "La secuenciación del genoma completo ofrece una herramienta única para avanzar en la comprensión de la arquitectura genética del autismo", comentó el Dr. Stephen Scherer, científico principal y director del Centro de Genómica Aplicada del Hospital for Sick Children y director del Centro McLaughlin en la Universidad de Toronto. "En el futuro, los resultados de la secuenciación del genoma podrían poner de relieve posibles dianas moleculares para la intervención farmacológica y preparar el camino para una terapia individualizada en el autismo. Asimismo, permitirá un diagnóstico más temprano de algunas formas de autismo, especialmente entre los hermanos de niños con autismo cuya recurrencia es aproximadamente el 18 por ciento".

El estudio identifica las variaciones genéticas asociadas con el riesgo de tener ASD (autism spectrum disorder) incluyendo lesiones del ADN heredadas ligadas al cromosoma X,   cuatro genes no reconocidos previamente vinculados con el ASD; nueve genes previamente ya asociados con el riesgo y ocho genes candidatos potenciales de estar asociados al riesgo del ASD. Algunas familias presentaban una combinación de los genes implicados. Además, no se encontraron alteraciones en los genes de riesgo asociados con cromosoma X frágil (genes CAPRIN1 y AFF2), del déficit socio-cognitivo (gen VIP) y de la epilepsia (genes SCN2A y KCNQ2), entre otros.

Un nuevo ejemplo del inicio de la era de la secuenciación masiva de genomas y de la incipiente medicina genético molecular.
Lectura complementaria:
The American Journal of Human Genetics, 11 July 2013.

Detección del cáncer en muestras de sangre periférica.

Los métodos actuales utilizados en la clínica  para identificar cambios cromosómicos se basan en análisis moleculares del tejido obtenido a partir de biopsias tumorales. Las muestras de biopsias proporcionan una gran cantidad de información acerca de las anormalidades moleculares en tumores pero  requieren de procedimientos invasivos propensos a errores de muestreo. La capacidad para detectar cambios cromosómicos responsables de causar cáncer en muestras de sangre periférica  permite un diagnóstico temprano y más preciso.

En el artículo reciente  "Detection of Chromosomal Alterations in the Circulation of Cancer Patients with Whole Genome Sequencing",  investigadores de la Johns Hopkins University, demuestran la posibilidad de obtener información detallada acerca de las características moleculares de ADN cromosómico de un tumor a partir de muestras de sangre periférica debido al hecho de que las células tumorales muertas o moribundas frecuentemente descargan sus contenidos al torrente sanguíneo. Un componente importante de estos contenidos intracelulares es el ADN cromosómico conteniendo  alteraciones perjudiciales impulsoras del crecimiento del tumor. Los autores aislaron este ADN circulante libre de células (CFDNA) de pacientes con cáncer (de colon y de mama) y de voluntarios sanos. Luego utilizaron la secuenciación del genoma completo denominada WGS (whole genome sequencing) para evaluar las anormalidades cromosómicas. Los autores observaron anomalías cromosómicas en el CFDNA de pacientes con cáncer y no a partir de voluntarios sanos. Curiosamente, las anomalías cromosómicas detectadas corresponden a mutaciones comunes observadas en estos tipos de cánceres. El estudio demuestra la posibilidad de medir los cambios cromosómicos en tumores utilizando muestras de sangre sin el conocimiento avanzado de las mutaciones causantes del cáncer. Esto abre la posibilidad de caracterizar completamente los defectos moleculares únicos en el tumor de un paciente y permitir una terapia anticipativa y personalizada.  La nueva generación de tecnologías de secuenciación del ADN permite la disminución de los costos, lo que posibilitará en un futuro próximo, la realización de secuenciaciones masivas para detectar cáncer en sangre periférica.