¿Cómo funciona la secuenciación de ADN?
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Método bioquímico que se utiliza para determinar el orden de las bases oligonucleótidos del ADN, es decir, adenina, guanina, citosina y timina. Así se encuentra la información genética hereditaria en el núcleo celular, los plásmidos, las mitocondrias o los cloroplastos, que suministra el programa básico para el funcionamiento de todos los organismos vivos.
Hablemos primero un poco del ADN. El ADN químico se descubrió en 1869, pero su papel en la herencia genética no se demostró hasta 1943. Más tarde, en 1953, con la ayuda de los biofísicos James Watson y Francis Crick, Rosalind Franklin y Maurice Wilkins descubrieron que la estructura del ADN es un polímero de doble hélice, una hélice formada por dos hebras de ADN enrolladas un alrededor de la otra. Este avance ha permitido a los científicos comprender mejor la replicación y la regulación hereditaria de la actividad celular. Caba hebra de la molécula de ADN está formada por una larga cadena de nucleótidos monoméricos. Los nucleótidos del ADN consisten en una molécula de azúcar desoxirribosa con un grupo fosfato y una de las cuatro bases nitrogenadas unidas, dos purinas, que son la adenina y la guanina, y dos primidinas, que son la citosina y la timina. Están unidas entre sí por enlaces covalentes, de forma que entre el fosfato de un nucleótido y el azúcar del nucleótido siguiente forman una espina dorsal de fosfato azúcar de la que sobresalen las bases nitrogenadas. Una hebra se mantiene unida a la otra mediante enlaces de hidrógeno entra las bases; esto enlaces son específicos, de modo que la adenina sólo puede unirse a la timina, mientras que la citosina sólo puede unirse a la guanina. La configuración de la molécula de ADN es extremadamente estable, por lo que permite que sirva de molde para replica nuevas moléculas de ADN, como la producción de la molécula de ARN asociada. Un gen es el segmento de ADN que codifica la síntesis de una proteína concreta en la célula.
Las primeras técnicas de secuenciación del ADN aparecieron ya en la década de 1970, las llamadas técnicas de secuenciación de primera generación. Entre ellas se encontraba el método Maxam Gilbert, descubierto y bautizado con el nombre de dos biólogos moleculares estadounidenses. Allan M. Maxam y Walter Gilbert. El segundo método, descubierto por el bioquímico inglés Frederick Sanger, era el método Sanger, también conocido como método dideoxi. De los dos métodos, el de Sanger se convirtió en el más utilizado porque permitía la secuenciación rápida y exacta de largas secuencias de ADN. Por ello recibió su segundo Premio Nobel de Química en 1980, que compartió con Walter Gilbert y Paul Berg. Con el tiempo, el método dideoxi se utilizó para secuenciar todo el genoma humano. El significado es que la cadena de ADN se sintetizaba en una cadena molde, pero el crecimiento de la cadena se detenía cuando se incorporaba uno de los cuatro posibles nucleótidos dideoxi, carente del grupo hidroxilo 3’, lo que impedía la adición de otro nucleótido. Esto ha creado una población de moléculas de ADN anidadas y truncadas que representan cada nucleótido del ADN molde. Las moléculas se separaron por tamaño, proceso conocido como electroforesis, y la secuencia de nucleótidos deducida se dedujo utilizado un ordenador. Posteriormente, este método se llevó a cabo con máquinas de secuenciación automatizadas, en las que las moléculas de ADN truncadas se marcaban con etiquetas fluorescentes, se separaban por tamaño en finas bolinas de vidrio y se detectaban mediante excitación láser.
Las tecnologías de secuenciación de nueva generación ya han sustituido en gran medida a las de primera generación. Estos nuevos enfoques permiten ahora la secuenciación simultánea de muchos fragmentos de ADN, a veces millones de fragmentos. Son mucho más rentables y rápidas. La utilidad de las nuevas tecnologías se ha visto reforzada por los avances en bioinformática, que han permitido un mayor almacenamiento de datos y facilitado en análisis y la gestión de conjuntos de datos muy grandes, a menudo en gigabases.
Conocer la secuencia de los segmentos de ADN tiene muchas utilidades. En primer lugar, puede utilizarse para identificar los segmentos de ADN que codifican genes o fenotipos. Cuando se secuencia una región concreta de ADN, puede utilizares para buscar los rasgos característicos de los genes. Los genes humanos están situados junto a las llamadas islas CpG, agrupaciones de los dos nucleótidos que componen el ADN; la citosina y la guanina. Si se sabe que un gen con un fenotipo conocido, como el gen de una enfermedad humana, se localiza en una región de un cromosoma secuenciado, los genes no asociados a esa región serán candidatos a esa función. En segundo lugar, pueden compararse secuencias de ADN homólogas de distintos organismos para trazar relaciones evolutivas dentro de cada especie y entre especies. En tercer lugar, se puede examinar la secuencia de un gen en busca de regiones funcionales. Es decir, para determinar la función de un gen, se pueden identificar distintas regiones comunes a proteínas con funciones similares. Por poner un ejemplo, ciertas secuencias de aminoácidos dentro de un gen se encuentran siempre en proteínas que abarcan la membrana celular. Son los llamados dominios transmembrana. Cuando los dominios transmembrana aparecen en un gen con esta función, indica que la proteína codificada se encuentra en la membrana celular. Otros dominios caracterizan a las proteínas de unión al ADN. Existen muchas bases de datos públicas de secuencias de ADN disponibles para su análisis.
Pará más información, consulte los siguientes enlaces:
https://www.youtube.com/watch?v=iMJXmI4pN0
Secuenciación Sanger:
https://www.youtube.com/watch?v=oeJoTZCRrvU
Información investigada por Dezső Sándor
