Durante siglos, la observación de que ciertas enfermedades tienden a ser hereditarias ha intrigado a los científicos. El primer reconocimiento de este fenómeno se remonta a Hipócrates, quien notó patrones familiares en las enfermedades. Los avances en la investigación genómica han llevado a una comprensión más profunda de los fundamentos biológicos de estas conexiones hereditarias.
Recientemente, un equipo colaborativo de investigadores del Laboratorio Europeo de Biología Molecular EMBL desarrolló una herramienta innovadora que lleva el análisis de células individuales a niveles sin precedentes. Esta innovadora herramienta permite el registro simultáneo de variaciones genómicas y de ARN en células individuales, lo que representa una mejora significativa en precisión y escalabilidad en comparación con tecnologías anteriores. La capacidad de investigar variaciones en partes no codificantes del ADN (a menudo asociadas con enfermedades) abre nuevas vías para investigar cómo las diferencias genéticas influyen en la salud humana.
Dominik Lindenhofer, autor principal de un artículo que describe esta investigación publicado en Métodos de la naturalezadescribió las limitaciones de los métodos existentes: «Las técnicas unicelulares actuales para estudiar el ADN y el ARN han tenido un rendimiento y una sensibilidad limitados, lo que hace que su uso sea complicado». La nueva herramienta permite a los investigadores examinar miles de células simultáneamente, independientemente de la ubicación de las variantes, lo que permite un análisis completo de muestras biológicas complejas.
La secuencia de ADN incluye regiones codificantes, que sirven como modelo para la síntesis de ARN y proteínas, y regiones no codificantes que desempeñan funciones reguladoras críticas en la función y el crecimiento celular. Es alarmante que más del 95% de las variantes de ADN asociadas a enfermedades se encuentren en estas regiones no codificantes, pero las metodologías unicelulares anteriores han tenido dificultades para analizarlas de forma eficaz. Lindenhofer enfatizó la urgencia de esta investigación y señaló que las variantes relacionadas con afecciones como las cardiopatías congénitas, el autismo y la esquizofrenia siguen siendo en gran medida desconocidas.
Para implementar la secuenciación de ADN-ARN unicelular (SDR-seq), el equipo de investigación utilizó pequeñas gotas de aceite y agua para encapsular células individuales, lo que permitió el análisis simultáneo de su ADN y ARN. Este método facilitó el examen de miles de células en un solo experimento y permitió conexiones directas entre variaciones genéticas y patrones de expresión genética. El éxito de esta tecnología fue el resultado de la colaboración entre varias unidades EMBL, así como de asociaciones con la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford y el Hospital Universitario de Heidelberg.
En el proyecto se superaron desafíos específicos, particularmente en la preservación del frágil ARN mediante un proceso de «fijación» ideado por los grupos de Judith Zaugg y Kyung-Min Noh. Mientras tanto, los biólogos computacionales de Oliver Stegle desarrollaron un software especializado para decodificar el complejo sistema de códigos de barras de ADN esencial para el análisis de datos. Aunque el software de decodificación se creó originalmente a medida para este proyecto, resulta prometedor para futuros estudios en diversas áreas de investigación.
El equipo de investigación probó esta innovadora tecnología en muestras de pacientes con linfoma de células B, que fueron enriquecidas con variaciones genéticas. Esto proporcionó un contexto óptimo para observar los vínculos entre las variaciones del ADN y los procesos patológicos. Lindenhofer observó hallazgos convincentes: las células cancerosas que presentaban un mayor número de variantes genéticas mostraban señales de activación más fuertes que promueven el crecimiento tumoral.
«Este nuevo enfoque nos permite determinar con precisión si existe una variante en una o ambas copias de genes y evaluar su impacto en la expresión genética de la misma célula», explica Lindenhofer. En su análisis, descubrieron distintos estados celulares entre las muestras de linfoma de células B, con variantes genéticas crecientes que se correlacionan con un estado de linfoma más agresivo.
La herramienta SDR-seq proporciona a los biólogos genómicos una escala, precisión y velocidad mejoradas que podrían revolucionar la comprensión de las variantes genéticas en humanos. Las implicaciones de esta herramienta van más allá de la investigación y podrían potencialmente allanar el camino para mejorar las estrategias de detección e intervención de enfermedades.
Lars Steinmetz, autor principal del estudio y líder del grupo en EMBL, expresó optimismo sobre el potencial de la herramienta: «Esto abre una amplia gama de biología que ahora podemos descubrir. Comprender cómo las variantes regulan las enfermedades ofrece mejores oportunidades de intervención y tratamiento». A medida que los investigadores aprovechan esta poderosa herramienta, el camino hacia la comprensión de enfermedades complejas parece más prometedor que nunca.
