El ADN, una de las biomoléculas más grandes e importantes de nuestras células, es tan pequeño que se escapa de nuestra reducida capacidad visual. Sin embargo, gracias al trabajo de miles de personas de ciencia, hoy somos capaces de “ver”, mediante técnicas de análisis genético y molecular, la información de nuestra secuencia de ADN y ARN. ¿Quieres saber qué técnicas se pueden utilizar para analizarla? ¡Continúa leyendo!
Aplicaciones clínicas del análisis de ADN y ARN: ¿Por qué es importante analizar el ADN y el ARN?
Actualmente, sabemos que ciertas alteraciones en el estado de salud de una persona dependen, en mayor o menor medida, de su secuencia de ADN (y, por ende, de su ARN). Por tanto, el análisis de ADN y ARN es esencial para comprender el origen de muchas enfermedades, su posible evolución y ajustar el tratamiento del paciente. Veamos rápidamente algunas de las aplicaciones clínicas:
- Diagnóstico de enfermedades genéticas: el análisis del ADN permite identificar variantes patogénicas responsables de enfermedades. Analizar el ARN puede ayudar a confirmar o interpretar el efecto de ciertas variantes genéticas.
- Oncología molecular y medicina de precisión: identificar las mutaciones genéticas accionables y perfilar la expresión de un tumor puede ayudar a hacer seguimiento en los pacientes oncológicos y a tomar decisiones terapéuticas
- Farmacogenética: el genoma de una persona influye en cómo responde y metaboliza ciertos fármacos. Analizar su ADN permite ajustar la dosis, evitar efectos adversos y seleccionar tratamientos más eficaces
El análisis de ADN y ARN también es interesante en el diagnóstico de enfermedades infecciosas, como la COVID-19. Si quieres profundizar en más aplicaciones clínicas de la genética y la genómica en salud, tenemos un post al respecto.
Técnicas de Análisis de ADN y ARN
Extracción de ADN y ARN
Antes de analizar el material genético, es necesario obtenerlo con una calidad y pureza adecuadas. Para ello, se utilizan diferentes técnicas dependiendo del tejido de origen. Por ejemplo, si extraemos ADN del tejido adiposo, se necesita un paso adicional para eliminar los lípidos “extra”.
Lo habitual es la extracción orgánica, que consiste en ciclos de adición de algún producto químico (fenol, cloroformo, isopropanol, etanol, …) a la mezcla a purificar y centrifugar sucesivamente, para eliminar el resto de componentes que no nos interesa.
La utilización de ciertos compuestos tóxicos en el contexto de la extracción orgánica ha hecho que en muchos casos, se opte por otras técnicas menos comprometidas, como la extracción mediante columnas de sílice. En este tipo de extracción, las moléculas de ADN o ARN se unen a una membrana de sílice en presencia de sales caotrópicas.
Técnicas clásicas de análisis molecular
Las técnicas clásicas de análisis de ADN y ARN continúan siendo fundamentales en el diagnóstico e investigación de enfermedades raras. La joya de la corona y de la que más se ha hablado últimamente es la PCR (reacción en cadena de la polimerasa) y sus variantes, como la RT-PCR.
PCR (reacción en cadena de la polimerasa)
La reacción en cadena de la polimerasa, desarrollada por los bioquímicos Kary Banks Mullis y Michael Smith en la década de 1980, es una técnica de biología molecular que permite conseguir una gran cantidad de copias de un fragmento de ADN. La clave está en su especificidad: no amplifica todo el genoma, sino únicamente la región delimitada por los cebadores (primers) diseñados para ese fragmento. Esto la hace especialmente relevante en el diagnóstico dirigido de enfermedades genéticas.
Tras la amplificación, la PCR debe combinarse con otra técnica, la electroforesis, para poder validar los resultados. Esta técnica bioquímica sirve, entre otras cosas, para comprobar si se ha amplificado la región de interés.
RT-PCR
La RT-PCR es, en esencia, una versión de la PCR adaptada al análisis de ARN. Esta técnica se basa en la actividad de una transcriptasa inversa, una enzima utilizada por los retrovirus, para convertir el ARN en ADN, y después lo amplifica. Esta técnica tiene múltiples aplicaciones, como por ejemplo, saber si un gen se está expresando en una muestra o genotipar diferentes virus de ARN, como SARS-CoV-2.
PCR cuantitativa (qPCR)
La PCR cuantitativa, también llamada PCR en tiempo real, permite amplificar y cuantificar ADN simultáneamente durante el proceso de amplificación. A diferencia de la PCR convencional, donde el producto se analiza al final mediante electroforesis, la qPCR mide la acumulación de ADN en cada ciclo mediante señales fluorescentes.
Para el análisis de ARN, se utiliza la RT-qPCR, una variante de la qPCR que presenta un primer paso de transcripción inversa.
Southern Blot y Northern Blot
Southern Blot y Northern Blot son dos técnicas de hibridación utilizadas para detectar secuencias específicas en ADN (Southern) o ARN (Northern). Ambas se basan en la utilización de sondas complementarias marcadas para detectar ciertas secuencias en la muestra. Estas técnicas han sido parcialmente reemplazadas por métodos más rápidos, pero forman parte de la base conceptual del análisis molecular.
Microarrays de ADN y ARN
Los microarrays (también conocidos como chips de ADN o ARN) son plataformas físicas de vidrio o silicio que contienen sondas específicas inmovilizadas. Esto permite detectar variaciones genéticas (SNPs, CNVs, deleciones, duplicaciones, etc) en el ADN o analizar perfiles de expresión génica si utilizamos ARN. Un ejemplo es el array-CGH o cariotipo molecular, que sirve para identificar duplicaciones y deleciones en la secuencia de ADN.
Técnicas de secuenciación genética
Este tipo de técnicas avanzadas de análisis de ADN y ARN permiten analizar la secuencia nucleotídica de la molécula en cuestión. Veamos las más importantes:
Secuenciación de Sanger
Durante muchísimo tiempo (desde mediados del siglo XX), la secuenciación de didesoxinucleótidos, también conocida como secuenciación de Sanger, ha sido el estándar en cuanto a secuenciación de ADN. Se trata de una técnica relativamente sencilla y bastante fiable, que se utiliza actualmente para confirmar variantes y validar resultados de otros tipos de secuenciación.
En cuanto al ARN, la secuenciación de Sanger no permite, de forma directa, su secuenciación, ya que parte de la utilización de una ADN polimerasa. En caso de querer secuenciar de esta forma una molécula de ARN, primero se utiliza una transcriptasa inversa para convertirla en ADN y luego se secuencia el ADN resultante.
NGS (Next Generation Sequencing)
El verdadero salto tecnológico de la secuenciación llegó con el inicio del siglo XXI. Y es que el desarrollo de las técnicas NGS, como la secuenciación por síntesis, marcaron un antes y un después en el análisis de ADN y ARN. Este tipo de técnicas permiten analizar de forma masiva la secuencia de nucleótidos de una molécula de ADN o ARN.
Existen múltiples técnicas de NGS, entre las que destacan:
- Secuenciación por ion conductor (Ion Torrent Sequencing): se basa en la detección de las modificaciones en el pH que se producen en la síntesis de ADN.
- Secuenciación por terminación cíclica reversible: se basa en la utilización de nucleótidos marcados con fluoróforos en una reacción de síntesis de ADN. Lee fragmentos cortos mediante ciclos de incorporación, detección y bloqueo, generando alta precisión en muchas lecturas.
- Secuenciación de una sola molécula de ADN (SMRT Sequencing): se basa en la utilización de nucleótidos marcados que se incorporan a una nueva cadena de ADN en un proceso de síntesis. A diferencia de la secuenciación por terminación cíclica reversible, la secuenciación SMRT lee moléculas individuales en tiempo real
- Secuenciación basada en nanoporos: se realiza un análisis de los cambios en la corriente eléctrica que produce el paso de una molécula de ADN o ARN a través de una proteína de membrana.
RNA-Seq
El RNA-Seq es una técnica basada en secuenciación masiva que permite analizar de forma global y detallada el transcriptoma, es decir, el conjunto completo de ARN expresado en una célula o tejido en un momento determinado. A diferencia de los microarrays, el RNA-Seq no se limita a genes conocidos. Permite detectar nuevos transcritos, isoformas alternativas y eventos de splicing con mayor precisión.
| Técnica | Analiza | Ventaja principal | Aplicación clínica |
| PCR | ADN | Alta sensibilidad y especificidad | Diagnóstico dirigido |
| RT-PCR | ARN | Alta sensibilidad y especificidad | Diagnóstico viral |
| qPCR | ADN | Cuantificación en tiempo real | Monitorización en enfermedades infecciosas, estudio de CNVs |
| RT-qPCR | ARN | Cuantificación en tiempo real | Monitoreo de tratamientos en enfermedades infecciosas |
| Southern Blot | ADN | Análisis estructural | Diagnóstico de alteraciones estructurales |
| Northern Blot | ARN | Alta especificidad | Análisis de Expresión génica |
| S. Sanger | ADN | Alta precisión | Confirmación variantes |
| NGS | ADN/ARN | Análisis masivo | Exoma, paneles, cáncer |
| RNA-Seq | ARN | Análisis masivo del transcriptoma | Oncología molecular |
Formación especializada en análisis genético
El avance tecnológico en genética es vertiginoso. De hecho, muchas de las técnicas que fueron punteras hace relativamente poco, hoy han sido sustituidas por otras nuevas, mucho más sofisticadas, baratas o rápidas. En este contexto, continuar actualizándose y conocer las técnicas que se utilizan actualmente para el análisis de ADN y ARN es esencial para quienes quieren dedicarse a la genética clínica y a la medicina de precisión.
Para ello, desde Genotipia hemos elaborado un programa integral, con el que conocerás la tecnología que está transformando la medicina y la investigación biomédica. En el Curso Universitario de Especialización en Técnicas para el Análisis del Genoma conocerás las principales técnicas de análisis del genoma que existen, aprenderás a utilizarlas y sabrás identificar en qué casos es más interesante seleccionar una u otra.
