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Novedades en la carrera hacia la secuenciación de genomas humanos a 100 dólares

Amparo Tolosa, Genotipia

 

Tras 6 años de desarrollo Ultima Genomics ha presentado una plataforma de secuenciación que permite leer más ADN en el mismo tiempo y ofrece la posibilidad de secuenciar genomas humanos a 100 euros.

Ultima Genomics
La secuenciación y análisis de genomas humanos es una herramienta fundamental para el diagnóstico, monitorización o tratamiento de muchas enfermedades.Imagen: Getty Images.

Los avances en las tecnologías de secuenciación masiva de los últimos años han favorecido el desarrollo de un abanico de aplicaciones de la secuenciación en múltiples ámbitos de la biología. Además, han convertido la secuenciación y análisis de genomas humanos en una herramienta fundamental para el diagnóstico, monitorización o tratamiento de muchas enfermedades.

En la actualidad secuenciar un genoma humano tiene un coste de algo menos de 600 dólares, lo que representa un cambio revolucionario si se tiene en cuenta que en 2006 costaba 10 millones de dólares y en 2010 rondaba los 50000 dólares. Sin embargo, el precio de secuenciar un genoma humano todavía sigue siendo una de las limitaciones principales en el diseño de muchos proyectos de investigación, así como en la implantación definitiva de la genómica en la práctica clínica. No extraña, por lo tanto que exista un gran interés en desarrollar nuevas aproximaciones o tecnologías que reduzcan todavía más el coste de secuenciación e impulsen definitivamente la medicina genómica.

En los últimos años, los precios se han mantenido sin cambios muy significativos, debido en parte a la ausencia de grandes competidores frente al gigante tecnológico Illumina. No obstante, el reciente desarrollo de algunas tecnologías apunta a que el momento es propicio para que se produzca de nuevo un cambio dirigido a expandir todavía más la secuenciación genómica.

El próximo objetivo es secuenciar genomas humanos a 100 dólares. En esta dirección, a principios de año el CEO de Illumina, Francis deSouza anunció que estaban trabajando en una tecnología que reduciría el tiempo de secuenciación con secuencias de mayor tamaño y mayor precisión. A la espera de mayores detalles sobre esta tecnología otras empresas ya se presentan como fuertes candidatas para ofrecer secuenciación de genomas humanos a 100 dólares. Una de ellas es BGI, que ha anunciado que empezará a comercializar su plataforma DNBSEQ™, que reduce notablemente el coste de secuenciar un genoma, en EE.UU., a través de la subsidiaria MGI.

Ultima Genomics también ha entrado con fuerza en el sector de la secuenciación de ADN. Creada en 2016, la empresa ha mantenido un perfil muy discreto hasta el momento, mientras desarrollaba y validaba su tecnología. Hace apenas unas semanas, Ultima Genomics presentó su plataforma de secuenciación de bajo coste, con la que pretende ofrecer secuencias de genomas humanos completos a 100 euros. Además, respaldó su aproximación tecnológica con los resultados de diversas colaboraciones con grupos de investigación, publicados en el reciente congreso AGBT y diversos preprints.

Novedades de la plataforma de Ultima Genomics

Los detalles de la tecnología de Ultima Genomics se han publicado de forma preliminar como artículo preprint (no revisado por pares) en bioxirv. También pueden consultarse en diversos blogs de expertos en genómica.

Como Illumina o BGI, la plataforma de Ultima Genomics utiliza secuenciación por síntesis, que implica la fragmentación del genoma en pequeños fragmentos de cadena simple que se fijan a una superficie (una partícula preparada a tal efecto). La síntesis se produce cuando estos fragmentos se convierten en moldes para crear secuencias complementarias de forma secuencial donde puede registrarse qué nucleótido se va añadiendo en cada posición.

Además, la plataforma de Ultima Genomics incluye algunas características que contribuyen a reducir el coste, al tiempo que ofrecen oportunidades para escalar el proceso.

Uno de los aspectos más novedosos de la plataforma es la utilización de un soporte abierto donde se llevan a cabo las reacciones de polimerización. En lugar de un sistema de celdas cerradas optimizadas en tamaño para gastar el mínimo volumen de reactivos (que son uno de los factores que encarecen el proceso) Ultima Genomics utiliza una superficie en forma de disco de 200 milímetros de diámetro que utiliza la fuerza generada al girar para distribuir los reactivos por sus canales. El disco consta de guías o patrones microscópicos con regiones preparadas para albergar las partículas donde se realiza la secuenciación.

La superficie del disco puede registrarse durante la rotación del disco, de forma continua. Este sistema permite ir obteniendo los resultados de la síntesis “como leer un disco compacto o CD”, según indican los investigadores.

 

Uno de los aspectos más novedosos de la plataforma es la utilización de un soporte abierto en forma de disco donde se llevan a cabo las reacciones de polimerización. Otra característica dirigida a reducir el coste de la secuenciación es utilizar mezclas de nucleótidos donde solo una proporción están marcados. Imagen: Almogy G et al. Cost-efficient whole genome-sequencing using novel mostly natural sequencing-by-synthesis chemistry and open fluidics platform. bioRxiv. 2022. DOI: https://doi.org/10.1101/2022.05.29.493900

 

Otras características dirigidas a reducir el coste de la secuenciación se encuentran en la estrategia de síntesis. Por ejemplo, como en otros sistemas de secuenciación por síntesis, para cada cadena de ADN cuya secuencia se está evaluando se requiere una enzima polimerasa, que es la que añade los nucleótidos a la nueva secuencia según la secuencia original. En la plataforma de Ultima Genomics la polimerasa queda fija en la partícula en los diferentes ciclos lo que aumenta el rendimiento y supone una reducción adicional en reactivos.

Además, como es habitual, el sistema utiliza nucleótidos marcados de forma diferencial para identificar cuál es el que se incorpora a la cadena en síntesis. En cada ciclo del proceso de secuenciación se exponen las partículas y sus cadenas de ADN fijadas a la mezcla de nucleótidos. Lo que hace Ultima Genomics para reducir el coste de reactivos en este paso es utilizar una mezcla de nucleótidos donde solo algunos están marcados.

De momento, Ultima Genomics indica que su plataforma permite secuenciar miles de millones de lecturas de aproximadamente 300 pares de bases de longitud en tiempos menores de 20 horas con alta precisión. Los resultados que presenta en el artículo publicado en biorxiv tras analizar 224 muestras del proyecto 1000 Genomas y 7 secuencias de referencia del consorcio GIAB (Genome in a Bottle) indican un 0.1% de errores por sustituciones y un 0.5% por indels (la mayoría en homopolímeros con más de 8 repeticiones).

Ultima Genomics en acción

Si bien Ultima Genomics no contempla lanzar oficialmente su producto hasta el año que viene sí ha proporcionado acceso temprano a diferentes grupos de investigación. Gracias a esta estrategia hay diversas publicaciones de resultados obtenidos con su sistema de secuenciación y plataforma, bien como preprints o bien como comunicaciones al reciente congreso AGBT.

Entre ellas se encuentra el análisis de metilación de ADN durante la transformación del tejido de colon sano a cáncer colorrectal, con investigadores de la Universidad de Stanford, o la puesta a punto de secuenciación de ARN en células individuales en diversos entornos biológicos, con el Instituto Broad del Instituto Tecnológico de Massachusetts y Harvard.

El genoma humano a 100 dólares más cerca

El anuncio de  Ultima Genomics representa una buena noticia para los usuarios que utilizan la secuenciación de genomas en su trabajo o investigaciones, especialmente en el ámbito del diagnóstico genómico y la secuenciación de genomas humanos.

Por una parte Ultima Genomics ofrece una estrategia de secuenciación que permite leer más ADN en el mismo tiempo. Además, se ha diseñado de la forma más escalable posible. “Nuestra arquitectura está dirigida hacia el escalado radical y el genoma de cien dólares es simplemente el primer ejemplo de lo que puede proporcionar. Estamos comprometidos a reducir continuamente el coste de la información genómica hasta que sea utilizado de forma rutinaria en cada parte del sistema sanitario”, ha señalado Gilad Almogy, fundador y director ejecutivo de Ultima Genomics.

Por otra parte, Ultima Genomics representa un competidor más en el mercado, lo que actúa como motor para que las empresas del sector actualicen u optimicen sus propias tecnologías. Esto implica también que los precios se harán más competitivos ampliando las posibilidades para los investigadores y favoreciendo un mayor acceso a las pruebas genómicas.

De momento, la tecnología ha sido respaldada por varios grupos de investigación. “La arquitectura de Ultima Genomics revolucionará la secuenciación y llevará lo que podemos hacer a un nivel completamente nuevo”, ha indicado Michal Snyder, Director del Centro de Genómica y Medicina Personalizada en la Universidad de Stanford. “La capacidad de secuenciar muchos miles de genomas y epigenomas transformará el diagnósticos y la predicción de riesgos de enfermedades”.

A la espera de que más grupos de investigación utilicen la tecnología de Ultima Genomics y compartan su experiencia, de momento, Ultima Genomics ha recaudado 600 millones de dólares de diversos fondos de inversión.

Fuentes:

Ultima Genomics Delivers the $100 Genome. https://www.ultimagenomics.com/blog/ultima-genomics-delivers-usd100-genome/

Try out the updated GATK pipeline for Ultima Genomics data. https://terra.bio/updated-gatk-pipeline-for-ultima-genomics-data/

Ultima Genomics Storms Out Of Stealth Promising $1/Gigabase Short Reads. https://omicsomics.blogspot.com/2022/05/ultima-genomics-storms-out-of-stealth.html

MGI Announces Commercial Availability of DNBSEQ™ Sequencers* in the United States. https://en.mgi-tech.com/news/315/

Almogy G et al. Cost-efficient whole genome-sequencing using novel mostly natural sequencing-by-synthesis chemistry and open fluidics platform. bioRxiv. 2022. DOI: https://doi.org/10.1101/2022.05.29.493900

 

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