Dr. Carlos Flores
Área de Genómica, Instituto Tecnológico y de Energías Renovables; Unidad de Investigación, Hospital Universitario Nuestra Señora de Candelaria
Antecedentes
El Proyecto Genoma Humano finalizó con la publicación de un borrador de la secuencia de los aproximadamente 3.200 millones de bases (identificadas por las letras A, T, G y C) en el año 2003, suponiendo una inversión de alrededor de 2.700 millones de dólares y la implicación de múltiples instituciones de diversos países durante los casi 13 años que tardó en completarse el proyecto (1). Hoy día puede obtenerse la secuencia de un genoma humano por poco menos de 1.000 euros y su coste sigue reduciéndose. Es más, en estos momentos dicha secuencia puede obtenerse al completo en tan solo unos días y por un solo laboratorio. Por tanto, nunca había sido tan grande la oportunidad de utilizar la información de la secuencia de ADN para ayudar a cuidar la salud.
En gran medida, el motor de este cambio es la introducción de la conocida como secuenciación masiva de ADN (también conocida como Secuenciación de Nueva Generación o simplemente NGS, por sus siglas en inglés), convirtiendo a la secuenciación en una herramienta indispensable en la investigación biomédica y en la práctica médica. Introducida en el mercado en el año 2010, esta tecnología en todas sus variantes comerciales implica el aislamiento del material genético del donante, la fragmentación de dicho material en miles de millones de pequeños trozos y la determinación simultánea de la secuencia en todos los trozos de ADN generados. A partir de esa información, entra en juego la necesidad de disponer de recursos informáticos que sean capaces de reconstruir el orden de los trozos de ADN, a modo de piezas de un puzle, y la identificación de las variantes genéticas que hacen distintivo a ese individuo al compararlo con el genoma de referencia o al compararlo con el genoma de donantes sanos.
La Genómica aúna Ciencia y Tecnología necesarias para conocer la información contenida en el conjunto completo de las dotaciones genéticas de los organismos, sus funciones y sus aplicaciones en cualquier ámbito. Con la pandemia de la enfermedad del coronavirus 2019 (COVID-19), causada por el coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo grave (SARS-CoV-2), se ha hecho más visible, si cabe, el papel vital y central que desempeña la Genómica en la investigación biomédica y en la medicina. Es cotidiano escuchar en los medios no especializados el uso de términos tan básicos en la Genómica como PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa, o bien por sus siglas en inglés, Polymerase Chain Reaction). Cotidianamente escuchamos menciones a la existencia de variantes del virus, como las recientemente encontradas con origen en el sur de Inglaterra y Sudáfrica a las que se atribuye mayor capacidad de transmisión (2). Nótese que su detección es posible gracias a la secuenciación del genoma del virus en muestras de pacientes. Precisamente, el pasado 8 de enero de 2021 se cumplió el primer aniversario de la identificación del virus SARS-CoV-2 por el CDC de China, que liberó públicamente un día después la primera secuencia de ADN de este, lo que a la postre ha permitido el desarrollo de las pruebas genéticas diagnósticas y el desarrollo de vacunas a una velocidad nunca antes vista. Por tanto, la continua secuenciación del virus permitirá monitorizar la dispersión de la enfermedad y la evolución del virus, así como estudiar y adelantar las posibles implicaciones en nuestra capacidad de detección con pruebas genéticas comerciales y el impacto en la eficacia de las vacunas y terapias.
En las últimas dos décadas, la Genómica se ha beneficiado de la voluntad compartida por la Comunidad Científica internacional para dar respuesta a problemas que en su momento parecían fuera del alcance de la Ciencia o de poco interés. Sin embargo, la pandemia por la COVID-19 nos ha dado una lección de vida: cómo una pequeña secuencia de nucleótidos (unas 30 mil en este caso) puede poner en jaque al sistema sanitario mundial y causar estragos en la sociedad al completo. Y que de cómo esta ha causado un menor impacto en aquellas sociedades y regiones que se encontraban tecnológicamente más preparadas. Tal anticipación ha resultado esencial para poner en marcha, con urgencia, capacidades tecnológicas enfocadas a reducir la transmisión del virus en la comunidad. Pero además de como herramienta para combatir esta enfermedad infecciosa, la Genómica también está en el centro del desarrollo de la denominada medicina personalizada o de precisión.
El Área de Genómica del ITER
Desde el inicio de su actividad hacia finales del año 2016, el Área de Genómica del Instituto Tecnológico y de Energías Renovables (ITER) ha sido consciente de los avances y el rápido desarrollo de la genómica (en continua evolución para mejorar y abaratar costes), de la necesidad de caracterizar mejor la variación de nuestro genoma y de catalogar tal variación en la población de nuestra comunidad, así como de la necesidad de desarrollar procedimientos y crear estándares analíticos. Esto ha permitido el impulso del referido área en una diversidad de campos, casi siempre desarrollados en colaboración con instituciones regionales, nacionales e internacionales. Y es que el alcance de los recursos disponibles en el ITER hace posible plantear proyectos muy ambiciosos. Algunos de esos proyectos han proporcionado hallazgos muy relevantes.
Desde marzo de 2020, tras el inicio de la pandemia de la COVID-19, una gran parte de la actividad del Área de Genómica del ITER se ha concentrado en colaborar con las administraciones sanitarias y numerosas entidades científicas y académicas en la lucha contra el coronavirus. Entre las más importantes, cabe destacar la adaptación de las pruebas de PCR de detección del virus SARS-CoV-2 para reducir tiempos y el consumo de reactivos, sobre todo en los momentos iniciales de la pandemia donde la rotura de stocks y las limitaciones en el transporte aéreo condicionaron de manera muy grave la respuesta de las administraciones públicas ante la crisis sanitaria (3). Igualmente importante ha sido la identificación de causas genéticas e inmunológicas de la COVID-19 grave mediante secuenciación del genoma de pacientes afectados por la COVID-19 (4), cuyos resultados han sido seleccionados por la prestigiosa revista Nature entre las diez contribuciones más importantes en todos los campos de la Ciencia en 2020. Estos trabajos han permitido detectar una deficiencia en el sistema de interferón (primera línea de defensa frente a los virus) que sería la causante de la gravedad de aproximadamente uno de cada seis pacientes que resultan ingresados en las Unidades de Cuidados Críticos de hospitales de todo el mundo.
En la medicina de precisión los algoritmos de decisión que anticipan la capacidad patogénica de una variante que detectamos en un paciente se sustentan en datos genéticos de poblaciones preferentemente europeas. Sin embargo, esta inferencia debe basarse sobre datos de población que sean similares en ascendencia para evitar problemas diagnósticos. La población de las Islas Canarias tiene características genéticas propias, ausentes en los catálogos que describen la variación genética en una gran parte de las poblaciones del mundo. Para solventar este déficit, uno de los desarrollos centrales del Área de Genómica de ITER en estos años de recorrido ha sido catalogar la variación genética en las poblaciones canarias (5), lo que sin duda resultará esencial para alcanzar beneficios biomédicos equitativos en nuestra población. Con esta actividad científica y el desarrollo de herramientas y procedimientos analíticos propios, el Área de Genómica de ITER contribuye activamente en la transformación de la forma en la que estudiamos el efecto de la variabilidad genética en la salud y en la implementación de usos de esa información en el cuidado de la población y su aprovechamiento clínico (6).
Oportunidades de la Genómica
Se anticipan muchas otras oportunidades ligadas a los avances en la Genómica a medida que la generación de dicha información se abarata, y se obtiene con más rapidez y precisión. La Genómica es, y seguirá siendo, central en áreas tan distintas como la biodiversidad y conservación, la industria (farmacéutica, agricultura y acuacultura, seguridad alimentaria, etc.), las aplicaciones farmacogenómicas (adaptación de los tratamientos a los perfiles genéticos de cada paciente), la medicina forense, y la bioseguridad, entre otros. La tendencia de la tecnología a la miniaturización también plantea el poder pasar de realizar experimentos o mediciones en lugares especializados (laboratorios con recursos de alta capacidad) a posibles usos ambientales (mediciones en el campo). Quién sabe si en un futuro incluso podremos encontrarla en entornos personales (“wearables” o sensores) tales como los denominados teléfonos inteligentes.
En el contexto biomédico, el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano de EE.UU. ha anticipado recientemente que la utilización regular de la información genómica en humanos se extenderá a todos los ámbitos clínicos, haciendo que las pruebas genómicas sean tan rutinarias como los análisis de sangre que guían las decisiones clínicas (7). La genómica estará, por tanto, en el centro de la mejora del sistema sanitario a través de la formulación o reformulación de aplicaciones preventivas, diagnósticas y en el desarrollo terapéutico.
Referencias
1. Costes de secuenciación del Proyecto Genoma Humano: https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Sequencing-Human-Genome-cost
2. Callaway E. Could new COVID variants undermine vaccines? Labs scramble to find out. Nature News, 8 de enero de 2021. https://doi.org/10.1038/d41586-021-00031-0
3. Alcoba-Florez J, et al. Fast SARS-CoV-2 detection by RT-qPCR in preheated nasopharyngeal swab samples. International Journal of Infectious Diseases 2020, 97:66-68. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2020.05.099
4. Zhang Q, et al. Inborn errors of type I IFN immunity in patients with life-threatening COVID-19. Science 2020, 370: eabd4570. https://doi.org/10.1126/science.abd4570
5. Guillen-Guio B, et al. Genomic analyses of human European diversity at the southwestern edge: isolation, African influence and disease associations in the Canary Islands. Molecular Biology and Evolution 2018, 35: 3010-3026. https://doi.org/10.1093/molbev/msy190
6. Informe de la Fundación Instituto Roche “Medicina Personalizada de Precisión en España: Mapa de Comunidades” 2019 (depósito legal M-3437-2019).https://www.institutoroche.es/recursos/publicaciones/181/medicina_personalizada_de_precision_en_espana_mapa_de_comunidades
7. Green E, et al. Strategic vision for improving human health at The Forefront of Genomics. Nature 2020, 586: 683-692. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2817-4