ADN
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¿Qué es el ADN?

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es el código genético único que se encuentra en la mayoría de células de todos los seres vivos, ya sean bacterias, parásitos, animales o plantas, incluido el hombre; también es el material genético de muchos virus

Desde el punto de vista químico, el ADN es un polímero de nucleótidos es decir, una larga estructura molecular compuesta por unidades llamadas nucleótidos (polinucleótido). Cada nucleótido está formado a su vez por una base nitrogenada, un azúcar (la desoxirribosa) y un grupo fosfato. Las bases nitrogenadas que pueden formar parte del ADN son cuatro: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Los nucleótidos se unen entre sí formando cadenas largas que se diferencian unas de otras por las secuencias de sus bases.

Desde el punto de vista estructural, la molécula de ADN se asemeja a una escalera enrollada en espiral conocida comúnmente como doble hélice de ADN. Las moléculas de azúcar y fosfato conforman los lados de la escalera. Los peldaños se forman a partir de la unión de dos bases nitrogenadas. En verdad se trata de dos cadenas de polinucleótidos unidas entre sí por sus bases nitrogenadas. Debido a su forma, la unión entre bases se realiza siempre de la misma manera, cada base con su complementaria: la adenina se une siempre a la citosina y la guanina lo hace siempre con la timina. Cada ADN se caracteriza por la secuencia de sus pares de bases y es ésta la que codifica la información genética.

Esta estructura de doble hélice permite que, una vez separadas las dos cadenas, cada una de ellas sirva de molde para la formación de la cadena complementaria, lo que permite la replicación del material hereditario. 

Segmentos específicos de ADN llamados genes sirven como plantillas para producir (transcribir) ácido ribonucleico (ARN). La información contenida en el ARN es traducida a menudo por pequeñas máquinas moleculares en proteínas. Hay aproximadamente 20.000 genes en el genoma humano. La información contenida dentro de estos genes permite que nuestras células produzcan una enorme variedad de proteínas que sirven como bloques de construcción para nuestros cuerpos y que gobiernan cómo funciona el cuerpo. Un cambio en la secuencia de bases del ADN de un gen (variante o mutación) puede repercutir en un cambio en la proteína correspondiente y si este cambio afecta a su función puede ser la causa de una enfermedad.

ADN

¿Qué es la secuenciación de ADN?

La secuenciación del ADN es un método de laboratorio utilizado para determinar el orden de las bases dentro del ADN. Las diferencias en la secuencia de los 3 mil millones de pares de bases del genoma humano conducen a la composición genética única de cada persona. En medicina, la secuenciación de ADN se usa para diversos propósitos, incluido el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades. En general, la secuenciación permite a los profesionales de la salud determinar si un gen o la región que regula un gen contiene cambios, llamados variantes o mutaciones, que están vinculados a un trastorno.

Al considerar someterte a pruebas genéticas, es importante que busques la ayuda de un experto en genética, como un genetista médico o un asesor genético, para interpretar sus resultados: comprender mejor los resultados de las pruebas, sus implicaciones y cualquier riesgo potencial de tener o transmitir una enfermedad genética a tus hijos.

Secuenciación de ADN

¿Cómo se realiza la secuenciación del ADN?

Si bien los métodos para secuenciar el ADN han evolucionado a lo largo de los años, todos ellos consisten en general en romper las largas cadenas de ADN en muchas piezas pequeñas y utilizar luego uno de los diversos tipos de pruebas analíticas para determinar el orden de las bases de nucleótidos que componen esas piezas. Finalmente, las piezas se ensamblan de nuevo para recomponer el orden original de la cadena de ADN.

Secuenciación Sanger 

Desarrollado en la década de 1970, este es el método que se utilizó en el Proyecto Genoma Humano de 1990-2003 para secuenciar por completo el ADN de un ser humano por primera vez. La secuenciación de Sanger se basa en productos químicos llamados didesoxinucleótidos, que también se conocen como nucleótidos de "terminación de cadena". Cuando uno de estos dideoxinucleótidos se incorpora a una copia creciente de la secuencia de ADN, ya no se puede agregar ningún otro nucleótido a la cadena después de él. Cada didesoxinucleótido tiene una "etiqueta" fluorescente única que permite identificar claramente A, T, C y G.

La incorporación de un didesoxinucleótido se produce al azar, lo que resulta en múltiples copias de la plantilla de ADN, todas de diferentes longitudes. Estos fragmentos de ADN marcados con fluorescencia se separan por tamaño en un proceso llamado electroforesis. Como cada fragmento se detiene en un punto ligeramente diferente según la cantidad de nucleótidos que hay en la cadena, el color al final de cada fragmento muestra exactamente qué base está en cada posición a lo largo de la secuencia de ADN.

Durante muchos años, la secuenciación de Sanger ha sido el estándar de oro para la secuenciación clínica de ADN. La secuenciación de Sanger es fiable, pero solo puede leer una sección corta de ADN de una persona a la vez. Además tiene una capacidad limitada para detectar cambios si éstos están presentes en cantidades muy inferiores a las copias normales de un gen, lo que sucede cuando algunas células tienen una variante o mutación y muchas otras no. Por ejemplo:

  • Si una célula ha sufrido un cambio genético que le permite crecer de forma incontrolada (un tumor), el código genético de esta célula y de cualquiera que provenga de la división de esta célula tendrá una variante que no está presente en ninguna otra célula en el cuerpo de una persona.
  • Una persona puede tener dos códigos genéticos diferentes en células no tumorales que se dividen normalmente y que están presentes en proporciones mixtas en todo el cuerpo; esta es una situación conocida como mosaicismo somático.

Para que la secuenciación de Sanger pueda decir que hay más de una variante en el  código genético analizado, al menos el 15-20% del ADN analizado debe contener la misma variante o mutación.

Secuenciación masiva – Next Generation Sequencing (NSG)

El Proyecto Genoma Humano, completado en 2003, necesitó más de una década usando la secuenciación de Sanger para determinar el genoma de un solo individuo. Ahora es posible secuenciar el genoma humano en cuestión de días. El tiempo y el coste de la secuenciación han disminuido drásticamente gracias a un grupo de tecnologías de secuenciación masiva denominado Next Generation Sequencing (NGS). Los métodos NGS son más rápidos que la secuenciación de Sanger porque secuencian millones de pequeños fragmentos de ADN de muchas partes diferentes del genoma al mismo tiempo, en lugar de leer cada vez un solo fragmento de ADN de una región del genoma. Debido a que todas estas reacciones están ocurriendo al mismo tiempo, NGS también se conoce como secuenciación masiva.

Un beneficio adicional de NGS es que la sensibilidad para detectar alteraciones que están presentes en un nivel muy bajo es mucho mejor que con la secuenciación de Sanger. Con la técnica NSG se pueden detectar mutaciones si están presentes en tan solo un 2-5 % del ADN analizado.

Dentro de nuestro ADN, hay secciones que codifican proteínas y hay áreas tanto dentro de los genes como entre diferentes genes que no lo hacen. Las secciones de genes que codifican proteínas se llaman exones, y las áreas intermedias que separan los exones dentro de un solo gen se llaman intrones. Las áreas entre diferentes genes se denominan "regiones no codificantes".

  • La colección de todos los exones de los 20.000 genes conocidos en humanos se conoce como exoma, y ​​la secuenciación de este conjunto de información por NGS se llama secuenciación del exoma completo.
  • Por el contrario, si tomamos todo el ADN, incluidos los exones, los intrones y las regiones no codificantes, este conjunto de información se denomina genoma. Cuando NGS se utiliza para evaluar todo el genoma humano, se habla de secuenciación del genoma completo.

Con esta capacidad de leer grandes secciones de ADN, los resultados de la secuenciación deben interpretarse con cuidado, ya que no todos los cambios en la secuencia de ADN tienen un efecto conocido.

  • Se sabe que algunos cambios causan problemas con la estructura o la función de un producto génico (por ejemplo, proteínas), y estos se conocen como variantes causantes de enfermedades o variantes "patógenas".
  • Se sabe que otros cambios no tienen ningún efecto en el producto génico final y se consideran variantes "benignas" (inofensivas).
  • Algunos cambios no tienen evidencia clara de ninguna manera (de ser patógenos o benignos) y se denominan "variantes de significado incierto".

¿Cómo se usa la secuenciación de ADN?

Hay una amplia variedad de aplicaciones médicas para la secuenciación de ADN. Estas técnicas se pueden usar para evaluar un gen o varios genes con la finalidad de ayudar a diagnosticar afecciones médicas. Algunos ejemplos incluyen:

  • Secuenciación dirigida: secuenciación de variantes o áreas seleccionadas dentro de los exones de un gen o de exones completos (los segmentos de ADN que codifican proteínas). Cuando hay un efecto conocido de ciertos tipos de cambios en uno o más genes, la secuenciación de estos genes puede ayudar a guiar la atención médica para detectar solo estos cambios conocidos. Un ejemplo es analizar una muestra de biopsia de tejido de un melanoma para determinar si las células tienen o no una mutación en el gen BRAF. Se encuentra una mutación en BRAF en más del 50% de los melanomas, y las personas con melanoma avanzado que tienen mutaciones BRAF pueden responder a los medicamentos que atacan estas mutaciones, un tratamiento denominado terapia dirigida contra el cáncer. Los medicamentos dirigidos funcionan de manera diferente a la quimioterapia estándar y pueden tener menos efectos secundarios.
  • Secuenciación de un solo gen: secuenciación de todos los exones de un gen, a menudo incluyendo partes de las áreas no codificantes (por ejemplo, la secuencia anterior a un gen [promotor] o entre exones [intrones]). Un ejemplo de esto es la secuenciación del gen FBN1. Las mutaciones en este gen causan el síndrome de Marfan, un trastorno que afecta el tejido conectivo que forma muchas partes del cuerpo, incluidos huesos, músculos, ligamentos, vasos sanguíneos y válvulas cardíacas. Se han encontrado más de 1.000 mutaciones diferentes en FBN1, por lo que es importante evaluar la secuencia completa del gen FBN1.
  • Secuenciación de paneles de múltiples genes: secuenciación de partes o la totalidad de varios genes para detectar mutaciones que pueden causar un trastorno genético. Un ejemplo de esto es un panel para probar mutaciones en los genes MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 y EPCAM. Las mutaciones en estos genes pueden causar el síndrome de Lynch, un trastorno hereditario que aumenta el riesgo de muchos tipos de cáncer, especialmente cáncer de colon y cáncer de endometrio.
  • Secuenciación del genoma completo o secuenciación del exoma completo (conceptos descritos anteriormente): los ejemplos incluyen la secuenciación del genoma o el exoma de bebés con trastornos metabólicos raros o niños con retrasos en el desarrollo y/o discapacidades intelectuales. Este método de prueba puede usarse después de que otras pruebas no hayan revelado un diagnóstico.
  • Secuenciación del genoma completo de los microbios: además de la secuenciación del genoma de los humanos, la secuenciación del genoma completo se puede utilizar para secuenciar los genomas de otros organismos. Un ejemplo es la secuenciación de los genomas de bacterias en presuntos brotes epidémicos. Al comparar secuencias de bacterias e identificar diferencias, los científicos de salud pública pueden determinar lo estrechamente que están relacionadas las bacterias y cuán probable es que formen parte del mismo brote. 

A medida que avanza la tecnología de secuenciación de ADN, un número más amplio de aplicaciones para estas técnicas continuará llegando a entornos de pruebas clínicas y de laboratorio.

Para obtener información adicional, lee el artículo en profundidad sobre El universo de la genética.

Leer más sobre Métodos de laboratorio

Bibliografía

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