“La era de los genomas individuales”

José Ignacio Ferro

Master Genética – UAB – 2009

Introducción

• Los últimos avances en biotecnología, nos acercan a la era de la genómica personal de la mano de los secuenciadores de última generación

• La nueva tecnología de Secuenciación Masiva en Paralelo es: Más rápida, más precisa y mucho más barata

• El bajo coste permite aumentar el alcance de esta tecnología

• Permita el desarrollo de nuevas disciplinas como la Farmacogenómica y de la mano de esta, la Medicina Personalizada

Sanger Method Vs. Massively Parallel DNA Sequencing

Secuenciación Masiva en Paralelo – 454 Secuencer - ROCHE

Overview of the 454 sequencing technology. (a) Genomic DNA isisolated, fragmented, ligated to adapters and separated into single strands.(b) Fragments are bound to beads under conditions that favor one fragmentper bead, the beads are isolated and compartmentalized in the droplets of aPCR-reaction-mixture-in-oil emulsion and PCR amplification occurs withineach droplet, resulting in beads each carrying ten million copies of a uniqueDNA template. (c) The emulsion is broken, the DNA strands are denatured,and beads carrying single-stranded DNA templates are enriched (not shown)and deposited into wells of a fiber-optic slide. (d) Smaller beads carryingimmobilized enzymes required for a solid phase pyrophosphate sequencingreaction are deposited into each well. (e) Scanning electron micrographof a portion of a fiber-optic slide, showing fiber-optic cladding and wellsbefore bead deposition. (f) The 454 sequencing instrument consists of thefollowing major subsystems: a fluidic assembly (object i), a flow cell thatincludes the well-containing fiber-optic slide (object ii), a CCD camera-basedimaging assembly with its own fiber-optic bundle used to image the fiberopticslide (part of object iii), and a computer that provides the necessaryuser interface and instrument control (part of object iii).

Pirosecuenciación

El primer genoma secuenciado con las nuevas tecnologías fue el de James D. Watson (abril,2008)

• Esta secuencia se completó en dos meses aproximadamente con un centésimo de los costes de métodos tradicionales de electroforesis capilar.

• La Comparación de la secuencia con el genoma de referencia (Human build 36) condujo a la identificación de 3,3 millones de SNP´s.

• 10.654 de estos SNP´s causan la sustitución de aminoácidos en la secuencia de codificación (SNP´s No sinónimos)

• Se identificaron polimorfismos de inserción y deleción (Indels), así como CNV resultantes en gran escala a la ganancia y pérdida de segmentos cromosómicos que van desde 26.000 a 1,5 millones de pares de bases.

• En general, estos resultados coinciden con los últimos resultados de la secuenciación de un único individuo por los métodos tradicionales.

• Esta tecnología evita la pérdida arbitraria de secuencias genómicas inherentes a la secuencia por el método aleatorio (hiatos= Secuencia de DNA inestable en el vector de clonación que no se encuentran en la genoteca) por clonación bacteriana, ya que amplifica el ADN en un sistema in vitro.

• Como resultado de lo anterior, se demuestra la adquisición de nuevas secuencias humanas, incluidos nuevos genes no identificados previamente por la tradicional secuenciación genómica.

En Resumen:

En comparación:

Críticas:

• Al ser muy pequeños los fragmentos secuenciados (250 b contra los 500-1000 b del HGP) es más dificil alinearlos en zonas repetitivas

• No se hubiera logrado esta secuencia de no haber existido la secuencia del HGP para compararla.

Herramientas disponibles en Internet:

El proyecto 1000 genomas• El objetivo es generar la base de datos más detallada y de

mayor utilidad médica hasta la fecha sobre la variación genética humana.

• El proyecto será llevado a cabo con el soporte principal de tres instituciones: el Wellcome Trust Sanger Institute (Hinxton, Inglaterra), el Beijing Genomics Institute (Shenzen, China) y el National Human Genome Research Institute, que forma parte del NIH (National Institutes of Health, USA).

• la pequeña fracción del genoma con variaciones entre los individuos puede explicar diferencias en la susceptibilidad a una enfermedad, en la respuesta a fármacos o en la reacción a factores ambientales. El “Proyecto de los 1000 genomas” tratará de establecer un mapa del genoma humano que incluya la descripción de la mayor cantidad posible de variaciones en el mismo, mejorando de forma espectacular la información obtenida con el proyecto HapMap.

El proyecto 1000 genomas

Personal Genome Poject:

• intenta publicar el genoma completo y registros médicos de varios voluntarios, para de este modo permitir la investigación en la medicina personalizada.

• Fue iniciada y anunciada por George Church de la Universidad de Harvard en Enero del 2006.

• El proyecto publicará el genotipo (toda la secuencia ADN de todos los 46 cromosomas) de los voluntarios, junto con información detallada de su fenotipo: registros médicos, varios análisis, imágenes RM, etc. Toda la información estará disponible para cualquiera en Internet, para que investigadores puedan probar varias hipótesis acerca de las relaciones entre el genotipo, el ambiente y el fenotipo.

• Se refieren a los primeros diez voluntarios como los “PGP-10”. Estos son los voluntarios:

• 1. Misha Angrist, Duke Institute for Genome Sciences and Policy

• 2. Keith Batchelder, Genomic Healthcare Strategies

• 3. George Church, Harvard • 4. Esther Dyson, EDventure Holdings • 5. Rosalynn Gill-Garrison, Sciona • 6. John Halamka, Harvard Medical School • 7. Stan Lapidus, Helicos BioSciences • 8. Kirk Maxey, Cayman Chemical • 9. James Sherley, Boston stem cell researcher. • 10. Steven Pinker, Harvard

George Church - Universidad de Harvard Creador de Personal Genomes Proyect

Referencias

• Genomas 3ra edición, Brown, Médica Panamericana

• Wheeler, D. A. et al. Nature 452, 872–876 (2008).• Olson, M. V. Nature 452, 819–820 (2008).• The International Human Genome Mapping

Consortium Nature 409, 934–941 (2001).• Venter, J. C. et al. Science 291, 1304–1351

(2001).• Levy, S. et al. PLoS Biol. 5, e254–e286 (2007).

• Rothberg and Leamon, Nat Biotechnology, 2008