Ver traducción automática
Esta es una traducción automática. Para ver el texto original en inglés haga clic aquí
#Novedades de la industria
{{{sourceTextContent.title}}}
Una nueva técnica de secuenciación del ADN puede diagnosticar enfermedades genéticas raras en 5 horas
{{{sourceTextContent.subTitle}}}
Un nuevo método de secuenciación genómica ultrarrápida desarrollado por científicos de Stanford Medicine y sus colaboradores se utilizó para diagnosticar enfermedades genéticas raras en una media de ocho horas, una hazaña casi inaudita en la atención clínica estándar.
{{{sourceTextContent.description}}}
"Unas pocas semanas es lo que la mayoría de los médicos llaman 'rápido' cuando se trata de secuenciar el genoma de un paciente y devolver los resultados", dijo Euan Ashley, MB, profesor de medicina, de genética y de ciencia de datos biomédicos en Stanford.
La secuenciación del genoma permite a los científicos ver la composición completa del ADN de un paciente, que contiene información sobre todo, desde el color de los ojos hasta las enfermedades hereditarias. La secuenciación del genoma es vital para diagnosticar a los pacientes con enfermedades arraigadas en su ADN: Una vez que los médicos conocen la mutación genética específica, pueden adaptar los tratamientos en consecuencia.
Ahora, un método de megasecuenciación ideado por Ashley y sus colegas ha redefinido el término "rápido" para el diagnóstico genético: El diagnóstico más rápido se realizó en poco más de siete horas. Los diagnósticos rápidos significan que los pacientes pueden pasar menos tiempo en las unidades de cuidados intensivos, requerir menos pruebas, recuperarse más rápidamente y gastar menos en cuidados. Además, la secuenciación más rápida no sacrifica la precisión.
Un artículo que describe el trabajo de los investigadores se publica en The New England Journal of Medicine. Ashley, decano asociado de la Facultad de Medicina de Stanford y profesor Roger y Joelle Burnell de Genómica y Salud de Precisión, es el autor principal del artículo. El becario postdoctoral John Gorzynski, DVM, PhD, es el autor principal.
El objetivo es batir un récord
En menos de seis meses, el equipo inscribió y secuenció los genomas de 12 pacientes, cinco de los cuales recibieron un diagnóstico genético a partir de la información de la secuenciación en aproximadamente el tiempo que se tarda en completar un día en la oficina. (No todas las dolencias tienen una base genética, lo que probablemente sea la razón por la que algunos de los pacientes no recibieron un diagnóstico después de que se les devolviera la información de la secuenciación, dijo Ashley) La tasa de diagnóstico del equipo, aproximadamente el 42%, es un 12% superior a la tasa media de diagnóstico de enfermedades misteriosas.
En uno de los casos, se tardaron 5 horas y 2 minutos en secuenciar el genoma de un paciente, lo que supuso el primer título de los Récords Mundiales Guinness por la técnica de secuenciación de ADN más rápida. El récord fue certificado por el grupo Genome in a Bottle del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología y está documentado por Guinness World Records.
"Fue uno de esos momentos increíbles en los que las personas adecuadas se reúnen de repente para lograr algo increíble", dijo Ashley. "Realmente sentí que nos acercábamos a una nueva frontera"
El tiempo que se tardó en diagnosticar ese caso fue de 7 horas y 18 minutos, lo que, por lo que sabe Ashley, es aproximadamente el doble de rápido que el anterior récord de diagnóstico basado en la secuenciación del genoma (14 horas) que tenía el Instituto Infantil Rady. Catorce horas sigue siendo un tiempo de respuesta impresionantemente rápido, dijo Ashley. Los científicos de Stanford tienen previsto ofrecer un plazo inferior a 10 horas a los pacientes de las unidades de cuidados intensivos del Hospital de Stanford y del Hospital Infantil Lucile Packard de Stanford y, con el tiempo, también a otros hospitales.
Aceleración
Para conseguir velocidades de secuenciación superrápidas, los investigadores necesitaban un nuevo hardware. Así que Ashley se puso en contacto con sus colegas de Oxford Nanopore Technologies, que habían construido una máquina compuesta por 48 unidades de secuenciación conocidas como células de flujo. La idea era secuenciar el genoma de una persona utilizando todas las células de flujo simultáneamente. El planteamiento de la megamáquina fue un éxito, casi demasiado. Los datos genómicos desbordaron los sistemas informáticos del laboratorio
"No éramos capaces de procesar los datos con la suficiente rapidez", afirma Ashley. "Tuvimos que repensar y renovar por completo nuestros conductos de datos y sistemas de almacenamiento" La estudiante de posgrado Sneha Goenka encontró una manera de canalizar los datos directamente a un sistema de almacenamiento basado en la nube, donde la potencia de cálculo podría amplificarse lo suficiente como para tamizar los datos en tiempo real. A continuación, los algoritmos analizaron de forma independiente el código genético entrante en busca de errores que pudieran causar enfermedades y, en el último paso, los científicos llevaron a cabo una comparación de las variantes genéticas del paciente con variantes documentadas públicamente y conocidas como causantes de enfermedades
De principio a fin, el equipo trató de acelerar todos los aspectos de la secuenciación del genoma de un paciente. Los investigadores llevaron literalmente las muestras a pie al laboratorio, se equiparon nuevas máquinas para permitir la secuenciación simultánea del genoma y se aumentó la potencia de cálculo para poder procesar eficazmente conjuntos de datos masivos. Ahora, el equipo está optimizando su sistema para reducir aún más el tiempo. "Creo que podemos volver a reducirlo a la mitad", afirma Ashley. "Si somos capaces de hacerlo, estamos hablando de poder obtener una respuesta antes de que termine la ronda de un hospital. Es un salto espectacular"
Secuenciación de larga duración
Quizá la característica más importante de la capacidad de este método de diagnóstico para detectar rápidamente fragmentos sospechosos de ADN sea el uso de algo llamado secuenciación de lectura larga. Las técnicas tradicionales de secuenciación del genoma lo cortan en trozos pequeños, determinan el orden exacto de los pares de bases de ADN en cada trozo y luego lo recomponen utilizando un genoma humano estándar como referencia. Pero este método no siempre capta la totalidad de nuestro genoma, y la información que proporciona puede omitir a veces variaciones en los genes que apuntan a un diagnóstico. La secuenciación de lectura larga conserva largos tramos de ADN compuestos por decenas de miles de pares de bases, lo que proporciona una precisión similar y más detalles para los científicos que buscan errores en la secuencia.
"Las mutaciones que se producen en una gran parte del genoma son más fáciles de detectar con la secuenciación de lectura larga. Hay variantes que serían casi imposibles de detectar sin algún tipo de enfoque de hilo largo", dijo Ashley. También es mucho más rápido: "Esa fue una de las grandes razones por las que optamos por este enfoque"
Sólo recientemente las empresas y los investigadores han perfeccionado la precisión del método de lectura larga lo suficiente como para confiar en él para el diagnóstico. Esto y la reducción de su precio, que en su día fue muy elevado, crearon una oportunidad para el equipo de Ashley. Hasta donde él sabe, este estudio es el primero que demuestra la viabilidad de este tipo de secuenciación de lectura larga como elemento básico de la medicina de diagnóstico.
Durante el estudio, el equipo de Ashley ofreció la técnica de secuenciación acelerada del genoma a pacientes no diagnosticados en las unidades de cuidados intensivos de los hospitales de Stanford. Proporcionaron a los pacientes del estudio las pruebas estándar establecidas junto con la secuenciación genética rápida experimental, con la que buscaban respuestas a dos importantes preguntas: ¿Es la genética la culpable de la dolencia del paciente? Si es así, ¿qué errores específicos del ADN están causando problemas?
El misterio del corazón
Éstas eran las preguntas clave en torno al caso de Matthew Kunzman, de Oregón. Hace aproximadamente un año, cuando Matthew tenía 13 años, una molesta tos y una fiebre alta le llevaron a la consulta de un médico local. "Pensamos que era una gripe, o tal vez COVID", dijo Jenny Kunzman, la madre de Matthew. Resultó que la tos era el primer signo de una afección cardíaca conocida como miocarditis -inflamación del corazón- que dificulta el bombeo de sangre del órgano al resto del cuerpo. Las pruebas posteriores en el hospital local de Matthew revelaron una situación grave: Su corazón estaba fallando. Su médico recomendó a la familia que volara inmediatamente al Hospital de Stanford para recibir atención.
Horas después, Matthew y su padre, Matthew Kunzman Sr., llegaron al Hospital de Stanford. Jenny Kunzman llegó un día después y descubrió que el estado de su hijo había empeorado. Matthew estaba con respiración artificial.
Hay dos razones por las que un niño de 13 años, en su mayoría sano, puede sufrir este tipo de fallo cardíaco, dijo Ashley. Una de ellas se conoce como miocarditis, y se produce cuando las células inmunitarias pululan por el corazón, a menudo desencadenada por un virus o algún otro tipo de estrés corporal. La otra es una causa genética, una mutación en un gen implicado en el funcionamiento del corazón.
Conocer la diferencia, dice Ashley, es crucial. "La miocarditis suele ser reversible", dijo. "Con tratamiento, el corazón puede volver a la normalidad. Pero una afección genética no lo es. Si la condición de Matthew fuera genética, probablemente la única solución sería un trasplante de corazón"
Gorzynski se dirigió a los padres de Matthew, explicándoles la investigación de secuenciación rápida, y les preguntó si querían inscribir al niño en el estudio. "Nos dijeron que había una nueva investigación en la que estaban trabajando para intentar acelerar el proceso de diagnóstico", dijo Jenny Kunzman. "Nos preguntaron si estaríamos dispuestos a participar, y dijimos: 'Por supuesto' Queríamos toda la información posible para intentar averiguar la causa"
Con unos pocos mililitros de sangre de Matthew, el equipo comenzó el proceso de secuenciación genética rápida. "En cuestión de horas, los datos de la secuenciación mostraron que la enfermedad tenía su origen en la genética", dijo Ashley.
Con esta información, Matthew fue incluido inmediatamente en la lista de trasplantes de corazón. Veintiún días después, recibió un nuevo corazón; hoy, casi un año después, su madre dice que está "excepcionalmente bien"
Convulsiones sospechosas
En otro caso, un paciente de 3 meses acudió al servicio de urgencias pediátricas de Stanford con convulsiones inexplicables. Estaba claro que el bebé sufría una forma de epilepsia, pero se desconocía la causa exacta de los síntomas
Los investigadores secuenciaron el genoma del paciente, pasando los datos por algoritmos de detección de mutaciones y cruzando datos genómicos y de enfermedades públicos. Al mismo tiempo, solicitaron pruebas de diagnóstico clínico estándar para detectar biomarcadores sanguíneos asociados a las convulsiones de origen genético. Poco más de ocho horas después, gracias a los datos de secuenciación rápida, el equipo tenía la respuesta: Las convulsiones del joven paciente se debían a una mutación en un gen llamado CSNK2B
Si el equipo hubiera confiado sólo en las pruebas estándar, no se habría hecho ningún diagnóstico en ese momento, aunque es probable que las pruebas posteriores hubieran revelado el diagnóstico correcto para el paciente con el tiempo, dijo Ashley. "Habríamos estado a oscuras durante muchas semanas", dijo.
Las pruebas estándar analizan la sangre del paciente en busca de marcadores asociados a la enfermedad, pero sólo buscan un puñado de genes bien documentados. Los laboratorios comerciales, que suelen realizar estas pruebas, tardan en actualizar las moléculas que examinan, lo que significa que puede pasar mucho tiempo antes de que se integren en la prueba las nuevas mutaciones causantes de enfermedades. Y eso puede llevar a que se pierdan diagnósticos.
Por eso, la secuenciación rápida del genoma podría cambiar las reglas del juego para los pacientes con enfermedades genéticas raras, afirma Ashley. Los científicos pueden escanear todo el genoma de un paciente en busca de todas y cada una de las variantes genéticas sugeridas por la literatura científica, incluso si ese gen se descubre el día anterior. Además, si un paciente no recibe inicialmente un diagnóstico genético, aún existe la esperanza de que los científicos encuentren una nueva variante genética vinculada a la enfermedad del paciente más adelante.
El interés de otros médicos ya está empezando a surgir. "Sé que la gente de Stanford se ha enterado de que podemos hacer un diagnóstico genético en unas pocas horas, y están entusiasmados con ello", dijo Ashley. "Las pruebas genéticas no se consideran pruebas de resultados rápidos. Pero estamos cambiando esa percepción"