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Secuenciar e interpretar genomas de pacientes en cuestión de horas

Amparo Tolosa, Genotipia

 

Investigadores de la Universidad de Stanford han conseguido reducir la secuenciación e interpretación clínica de un genoma humano a menos de 8 horas. Los detalles del caso, récord mundial de secuenciación, se han publicado en The New England of Medicine y marcan  un futuro muy prometedor para el diagnóstico genético de las enfermedades raras.

Siete horas y 18 minutos. Ese es el tiempo transcurrido entre la llegada de una muestra de sangre de un paciente a un laboratorio y la obtención de un diagnóstico que reporta un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford. Un tiempo de respuesta récord que ofrece grandes posibilidades para el diagnóstico de enfermedades raras, especialmente aquellas que requieren acción inmediata, y desafía el concepto actual de “rápido” en la secuenciación clínica.

La secuenciación rápida en la práctica clínica

Cuando se habla de secuenciación del genoma humano en la práctica clínica, el concepto de “rápido” suele implicar semanas. Analizar e interpretar la secuencia de ADN de una persona implica una parte de trabajo de laboratorio y otra, habitualmente más larga, de análisis de la información y filtrado de las variantes genéticas de potencial interés, que hay que integrar e interpretar en el contexto clínico del paciente.

El análisis del genoma completo representa una oportunidad diagnóstica para muchos pacientes con enfermedades raras, la mayoría de las cuales tiene un componente genético. Sin embargo, algunos pacientes no disponen de semanas para recibir los resultados de la secuenciación de su genoma. En estos casos, conocer la causa de su patología puede ser una cuestión de vida o muerte, por ejemplo, porque hay que elegir entre dos posibles opciones con aproximación terapéutica diferente.

Para ofrecer soluciones a estos casos investigadores de la Universidad de Stanford, la Universidad de California San Francisco, la Facultad Baylor de Medicina, la empresa de secuenciación Oxford Nanopore Technology y Google han unido esfuerzos y creado una plataforma de secuenciación que reduce significativamente el tiempo de análisis genético.

secuenciar genomas
Analizar e interpretar la secuencia de ADN de una persona implica una parte de trabajo de laboratorio y otra, habitualmente más larga, que requiere contextualizar los resultados de secuenciación a la situación del paciente. Imagen: NASA’s Marshal Space Flight Center (CC BY 2.0, https://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/).

Tiempo récord con secuenciación mediante nanoporos

A lo largo de seis meses, los investigadores reclutaron a 12 pacientes y secuenciaron sus genomas, en un contexto clínico urgente. Además, fueron optimizando la estrategia para obtener mayor velocidad en le proceso de secuenciación y análisis.

La técnica de secuenciación seleccionada es la secuenciación por nanoporos a través de un dispositivo creado por Oxford Nanopore Tecnology. Esta estrategia está basada en hacer pasar las cadenas de ADN a través de un poro que registra cambios eléctricos característicos de cada nucleótido y tiene como ventaja que permite realizar lecturas de moléculas largas, lo que reduce el procesado posterior. Además, facilita la identificación de mutaciones que afectan a regiones grandes del genoma. “Las mutaciones que ocurren a lo largo de un fragmento largo del genoma son más fáciles de detectar con secuenciación de lecturas largas. Hay variantes que serían casi imposible de detectar sin algún tipo de aproximación de lecturas largas”, señala Euan Ashley, profesor de medicina, genética y ciencia de datos biomédicos en la Universidad de Stanford y director del trabajo.

Ante la cantidad de datos genómicos derivados, los investigadores reformularon los protocolos y diseñaron un sistema para trasladar los datos a un sistema en la nube que amplificara el poder computacional necesario para identificar todas las variantes genéticas del paciente y compararlas con bases de datos clínicas.

En cada caso, el diagnóstico inicial derivado del análisis genómico fue revisado por los profesionales clínicos que evaluaron si la variante propuesta podía ser la causa principal del cuadro de síntomas presentado por el paciente. Para 5 de los 12 pacientes que participaron en el ensayo, los equipos consiguieron identificar una causa genética, que fue confirmada por un laboratorio certificado y derivó en diferentes aproximaciones terapéuticas.

En uno de los casos, el equipo de Euan Ashley y colaboradores secuenció el genoma completo de un paciente en tan solo 5 horas y 2 minutos consiguiendo el Récord Guinness (validado) de técnica de secuenciación más rápida en obtener la secuencia de un genoma humano.

 

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Los investigadores optimizaron el trabajo de laboratorio y análisis bioinformático para interpretar el genoma en el menor tiempo posible. Imagen: Getty Images.

La secuenciación rápida ofrece soluciones a casos reales

El objetivo principal de estrategia de secuenciación que proponen los investigadores es conseguir ofrecer soluciones a pacientes en situación crítica que necesitan un diagnóstico con urgencia.

En el trabajo, los investigadores describen dos casos concretos. El primero de ellos es el de Matthew Kunzman, de 13 años. El niño presentaba un problema cardiaco que requería acción inmediata que podía ser debida a dos razones: una miocarditis causada por un agente infeccioso o por una situación de estrés, o una condición genética que afectara al funcionamiento del corazón.  La aproximación terapéutica para cada posible diagnóstico era diferente. La miocarditis es reversible a menudo y puede ser tratada. No obstante, en el caso de una enfermedad genética, la solución más probable era un trasplante.

Con la aprobación de los padres de Matthew los investigadores utilizaron su estrategia de secuenciación y encontraron una causa genética para la situación clínica del niño. Este diagnóstico facilitó que el niño accediera a la lista de espera de un trasplante y en unas semanas después recibiera un corazón nuevo.

El segundo caso presentado en el artículo es el de un niño de tres meses que fue hospitalizado debido a múltiples ataques epilépticos sin explicación. A través de la secuenciación del genoma, en poco más de ocho horas los investigadores identificaron una mutación en el gen CSNK2B como causa de la enfermedad del pequeño. Este resultado es de especial interés porque los paneles de genes relacionados con epilepsia que se habían planteado previamente para el paciente no incluían el gen CSNK2B y los resultados, inconcluyentes, tardaron dos semanas.

Un futuro prometedor

Desde la secuenciación del primer genoma humano completo, que requirió más de una década y costó más de 1000 millones de dólares, el coste económico y técnico de analizar un genoma humano ha disminuido progresivamente hasta convertirse en algo factible en el ámbito clínico. Obviamente, la secuenciación de genomas completos todavía representa numerosos retos para los laboratorios clínicos, especialmente en aquellos países que no disponen de recursos suficientes. Y su precio actual, si bien mucho más asequible que hace unos años, todavía no permite que se utilice de forma generalizada.

En cualquier caso, el desarrollo de herramientas de análisis genómico que ofrezcan resultados precisos en poco tiempo suponer un cambio importante para el cuidado de los pacientes.

De momento, el equipo está optimizando su protocolo y estrategia para reducir todavía más el tiempo de secuenciación del genoma. “Creo que podemos reducirlo a la mitad de nuevo”, señala Ashley , quien confía en cambiar la percepción actual de que las pruebas genéticas tardan mucho en producir resultados. Ashey se muestra claro con el gran potencial de su estrategia: “Si somos capaces de hacerlo estaremos hablando de ser capaces de obtener una respuesta antes del final de una ronda de hospital. Es un salto dramático”.

Referencia: Gorzynski JE,  et al. Ultrarapid Nanopore Genome Sequencing in a Critical Care Setting. N Engl J Med. 2022 Jan 12. doi: http://dx.doi.org/10.1056/NEJMc2112090

Fuente: Fastest DNA sequencing technique helps undiagnosed patients find answers in mere hours. https://med.stanford.edu/news/all-news/2022/01/dna-sequencing-technique.html

 

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