La secuenciación de ADN es el proceso de leer cada único nucleótido en una cadena de ADN. Esto podría significar leer la secuencia de ADN de un solo gen, todos los genes en el ADN de una persona, o su genoma completo incluyendo el ADN no codificante.
Los resultados de este análisis científico no son solo interesantes de conocer; podrían ser vitales. Por ejemplo, la lectura de secuencias de ADN puede significar que los médicos ahora pueden proporcionar tratamientos médicos más específicos basados en la genética.
El Proyecto del Genoma Humano
Quizás el ejemplo más conocido de secuenciación de ADN es el Proyecto del Genoma Humano, que comenzó en 1990. El ambicioso objetivo del proyecto era nada menos que caracterizar por primera vez la secuencia completa del genoma humano. El Proyecto logró mapear con éxito el 92% de la secuencia de ADN, y en 2001 se publicó el "borrador inicial" del genoma humano. En 2004, se publicó una versión más completa y actualizada.
Pero la capacidad de los científicos para lograr tal hazaña no ocurrió de la noche a la mañana. Las técnicas y tecnologías de secuenciación han mejorado sustancialmente desde que se desarrollaron por primera vez en la década de 1970. Como resultado, se ha vuelto más fácil, menos costoso y más rápido secuenciar grandes cantidades de ADN. Esto ha ampliado las oportunidades y aplicaciones para la secuenciación de genes.
Cómo Evolucionó la Secuenciación de ADN
Después de que se descubrió la estructura del ADN en 1953, pasaron varios años más antes de que los científicos pudieran leer la secuencia de pares de bases de incluso una hebra de ADN muy corta. Ray Wu y Armin D. Kaiser fueron los primeros en desarrollar un método para leer una secuencia de ADN en 1968. La primera secuencia de ADN que informaron fue de solo alrededor de una docena de nucleótidos del genoma de un virus.
Un avance llegó en 1977 cuando el bioquímico Frederick Sanger publicó su método para la secuenciación de ADN. Describió la secuencia completa—aproximadamente 5,000 nucleótidos—del genoma de un virus. El método de Sanger demostró ser tanto confiable como adaptable, y las actualizaciones a este eventualmente permitieron la secuenciación completamente automatizada. El método de Sanger de primera generación se convertiría en el dominante durante los siguientes 30 años.
La segunda generación de métodos de secuenciación, comúnmente conocida como “secuenciación de nueva generación,” se basó en innovaciones en química, visión por computadora y bioinformática para leer millones de fragmentos de ADN simultáneamente. La secuenciación de nueva generación transformó la industria biotecnológica con su velocidad, fiabilidad y rentabilidad. De hecho, los datos de secuenciación se volvieron tan abundantes que impulsaron una revolución igualmente rápida en bioinformática para analizar todos los datos.
Una tercera generación de secuenciadores siguió pronto, que sobresalió en la lectura de fragmentos de ADN más largos que las generaciones anteriores. Utilizando secuenciadores de tercera generación, los científicos completaron la secuenciación “telómero a telómero” del genoma humano en 2022—decodificando el último 8% del genoma humano. Los secuenciadores de tercera generación eran muy adecuados para leer los muchos tramos largos de ADN altamente repetitivo que debían quedar sin resolver por Sanger y los secuenciadores de segunda generación durante el Proyecto del Genoma Humano.
Hoy en día, la secuenciación de segunda y tercera generación se utiliza comúnmente en conjunto. Su uso integrado ha mejorado la velocidad y reducido el costo de la secuenciación de ADN. Aunque el primer genoma humano costó $3 mil millones y tomó 15 años en secuenciarse, para 2015 un solo genoma humano podía secuenciarse por menos de $1,000 en unos pocos días. Y para 2022, algunas empresas ya prometían una secuenciación completa del genoma humano por $200.
Tecnologías de Secuenciación de ADN
Aquí hay una breve mirada a las características que distinguen las principales técnicas y tecnologías de secuenciación. En todos los casos, las herramientas bioinformáticas juegan un papel crucial en el análisis y la reconstrucción de una secuencia completa de ADN.
- Secuenciación Sanger (Primera Generación): Una cadena de ADN plantilla se combina con nucleótidos marcados con fluorescencia que terminan la cadena para producir fragmentos de ADN. Estos fragmentos, de diferentes longitudes, se separan por tamaño a través de un proceso llamado electroforesis capilar. Los fragmentos se registran luego con visión humana o visión por computadora.
- Secuenciación por Síntesis (Segunda Generación): Las plantillas de ADN de cadena sencilla se fijan primero a un portaobjetos de vidrio y se amplifican clonalmente. A continuación, se añaden secuencialmente nucleótidos terminadores reversibles marcados con fluorescencia para sintetizar una cadena de ADN complementaria. La identidad y el orden de las bases añadidas se registran con visión por computadora.
- Secuenciación en Tiempo Real de Molécula Única (Tercera Generación): Primero, se aísla una plantilla de ADN de cadena sencilla en un micropozo. Los nucleótidos marcados con fluorescencia se utilizan para sintetizar una cadena de ADN complementaria con una polimerasa de ADN de “cámara lenta”. Esta técnica permite registrar la identidad y el orden de cada base añadida con visión por computadora.
- Secuenciación de Nanoporos en Tiempo Real (Tercera Generación): Una molécula de ADN se pasa a través de un nanoporo en una membrana ultradelgada. Los cambios en la corriente eléctrica a través de la superficie de la membrana se utilizan para decodificar la identidad y el orden de las bases en la cadena de ADN. Sin la necesidad de nucleótidos marcados, los secuenciadores de nanoporos pueden reducirse al tamaño de un teléfono inteligente o una memoria USB.
Usos de la Secuenciación de ADN Hoy en Día
A medida que la secuenciación de ADN se ha vuelto más fácil, se ha utilizado en más aplicaciones. Aquí hay algunos ejemplos:
- La propagación de enfermedades infecciosas puede ser rastreada mediante la secuenciación del ADN encontrado en las aguas residuales de una comunidad, lo que permite el monitoreo de ciertos virus y bacterias.
- El fraude puede ser identificado secuenciando pescado o carne en el mercado. Esto asegura que los productos coincidan con sus etiquetas (y no sean un producto más barato o adulterado).
- Secuenciar las células cancerosas de un paciente puede ayudar a determinar qué mutaciones específicas llevan en su código genético. Esto, a su vez, permite a los médicos administrar medicamentos que probablemente tendrán el mayor efecto.
- La información digital ahora puede ser almacenada y recuperada en hebras sintetizadas de ADN. Esto proporciona una alternativa—y una forma más estable—de almacenar información en comparación con discos duros o unidades flash.
Otras formas de analizar ADN
Una prueba de AncestryDNA® utiliza genotipificación SNP—no secuenciación de ADN—para examinar aproximadamente 700,000 marcadores de ADN en su genoma. Mientras que 700,000 es mucho menos que los 3 mil millones que obtendríamos al secuenciar tu ADN, los científicos no saben qué hacen la mayoría de las bases en tu ADN. Solo alrededor del 2% de tu genoma codifica proteínas, y podría ser tan solo un 8% el que tiene algún otro tipo de función. Elegimos los 700,000 marcadores de ADN para analizar específicamente para ser los más informativos sobre tus coincidencias de ADN, etnicidad genética y rasgos predichos.
Referencias
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