Por primera vez, científicos han secuenciado completamente un cromosoma humano

El logro fue posible gracias a una nueva técnica llamada secuenciación de nanoporos

En 2003 se hizo historia. Fue secuenciado el genoma humano por primera vez. Desde entonces, las mejoras tecnológicas han permitido ajustes, correcciones y adiciones, haciendo que el genoma humano sea el genoma vertebrado más preciso y completo jamás secuenciado.

Sin embargo, quedaban algunas lagunas, incluidos los cromosomas humanos. Los conocemos bastante bien en general, pero todavía hay algunas lagunas en las secuencias.

Ahora, por primera vez, los genetistas han cerrado algunas de esas brechas, dándonos la primera secuencia completa, sin brechas, de extremo a extremo (o de telómero a telómero) de un cromosoma X humano.

El logro fue posible gracias a una nueva técnica llamada secuenciación de nanoporos, que permite lecturas ultra largas de hebras de ADN, proporcionando un ensamblaje más completo y secuencial.

Esto contrasta con las técnicas de secuenciación anteriores, en las que solo se podían leer a la vez secciones cortas. Anteriormente, los genetistas tenían que juntar estas secciones como un rompecabezas.

Si bien fueron bastante buenos en esto, las piezas tienden a verse iguales, por lo que es muy difícil saber si lo estás haciendo bien, no solo en el orden correcto, sino cuántas repeticiones hay en la secuencia. Y, por supuesto, hay brechas diminutas.

"Estamos comenzando a descubrir que algunas de estas regiones donde había brechas en la secuencia de referencia están en realidad entre las más ricas en variación en las poblaciones humanas, así que nos hemos perdido mucha información que podría ser importante para comprender la biología y las enfermedades humanas", dijo la bióloga satelital de ADN Karen Miga del Instituto de Genómica de Santa Cruz de la Universidad de California.

Aquí es donde entra la secuenciación de nanoporos. Consiste en un nanoporo de proteínas, un agujero a nanoescala, colocado en una membrana resistente a la electricidad. La corriente se aplica a la membrana, que la pasa a través del nanoporo. Cuando el material genético se alimenta al nanoporo, el cambio en la corriente puede traducirse en una secuencia genética.

Aún mejor, esta tecnología reduce la dependencia de la reacción en cadena de la polimerasa, una técnica que amplifica el ADN creando millones de copias de este.

Miga y su equipo utilizaron esta técnica para estudiar el ADN obtenido de un tipo raro de tumor uterino benigno, un lunar hidatiforme, junto con otras tecnologías de secuenciación, Illumina y PacBio, para asegurarse de que el resultado final fuera lo más completo posible.

"Utilizamos un proceso iterativo en tres plataformas de secuenciación diferentes para pulir la secuencia y alcanzar un alto nivel de precisión", dijo Miga. "Los marcadores únicos proporcionan un sistema de anclaje para las lecturas ultralargas, y una vez que ancla las lecturas, puede usar múltiples conjuntos de datos para llamar a cada base".

Sin embargo, incluso con estas copias de seguridad, todavía quedaban algunos vacíos, sobre todo en el centrómero, la estructura que conecta las cromátidas: hebras en forma de hilo en las que se divide un cromosoma. Esta región es vital para la mitosis, pero también es muy compleja. En el cromosoma X, es una región altamente repetitiva que abarca 3.1 millones de pares de bases de ADN.

Los investigadores pudieron resolver esta estructura notoriamente complicada buscando ligeras variaciones en las repeticiones. Estas variaciones permitieron a los científicos alinear y conectar las lecturas largas para formar una secuencia completa para el centrómero.

Imagen: Ideogramas cromosómicos que muestran el ensamblaje del genoma completo del genoma humano CHM13, excediendo todos los ensamblajes anteriores del genoma humano en términos de continuidad, integridad y precisión. El cromosoma X se agranda a la derecha. Los contigs sin espacios se ilustran como barras azules y naranjas al lado de los ideogramas cromosómicos.

"Para mí, la idea de que podamos armar una repetición en tándem de 3 megabase de tamaño es simplemente alucinante", dijo Miga. "Ahora podemos llegar a estas regiones repetidas que cubren millones de bases que antes se consideraban intratables".

Este riguroso enfoque permitió al equipo cerrar las 29 brechas en la referencia actual del cromosoma X. Es un gran paso adelante en el proyecto para mapear completamente el genoma humano.

"Nuestros resultados demuestran que terminar el genoma humano completo está ahora al alcance", escribieron los investigadores en su artículo, "y los datos presentados aquí permitirán los esfuerzos continuos para completar los cromosomas humanos restantes".

Los datos del equipo están completamente disponibles en GitHub, y el artículo ha sido publicado en Nature: Telomere-to-telomere assembly of a complete human X chromosome