iD-Speech: “The third (DNA) technological revolution around any living thing”

En una época donde, en países como el nuestro, la ciencia y tecnología no son valorados por su potencial para generar conocimiento y riqueza, es primordial aprovechar y optimizar los recursos que los investigadores tienen al alcance de su mano con el fin de obtener mayores réditos de sus estudios. Una forma de lograrlo es abaratando costos de análisis, ya sea mediante la adaptación de nuevas tecnologías o colaborando con más gente. Este es el punto de arranque de ArgenTAG, empresa biotecnológica argentina, que innova en medio de un sistema “hostil” para la ciencia.

Vamos desde el comienzo

Actualmente, la secuenciación es una herramienta biotecnológica muy empleada para la caracterización de metagenomas, transcriptomas y genomas individuales de cualquier tipo de especie viva sobre la faz de la Tierra [1]. Su evolución constante se ha extendido hacia varios campos de la ciencia, brindando una mayor y mejor información a los científicos, quienes buscan dar soluciones a los problemas que enfrentamos como humanidad y como seres vivos dependientes de este planeta.

Su principio radica en identificar el orden específico de la secuencia o cadena de nucleótidos que componen el código genético de cualquier organismo vivo. Al hallar este código, podemos estudiar los organismos más a fondo, descifrando así la vida misma que nos rodea y sus interacciones.

En esta carrera, que es la mejora de las tecnologías de secuenciación, surgió la secuenciación de tercera generación –o de lectura larga como también se la conoce–; constituyendo un paso importante en la secuenciación de siguiente generación (NGS = Next Generation Sequencing). Su ventaja principal sobre la secuenciación de segunda generación es: el poder analizar fragmentos de material genético más largos (sin necesidad de fragmentar el ADN en segmentos cortos), manteniendo un alto rendimiento y una resolución sin precedentes [2]. Todo esto de la mano con la reducción de tiempo y de costos relacionados al equipamiento, materiales, reactivos y preparación de muestras.

¿Se puede reducir más el costo de la secuenciación de tercera generación?

Aunque existe una perceptible disminución de los valores intrínsecos para secuenciar una sola muestra, estos aún no son del todo asequibles para todo el mundo –hablando de países como el nuestro, donde esta tecnología representa un “gasto” más que una inversión–, especialmente en lugares donde no se logra el patrocinio e involucramiento del estado y la empresa privada con la academia.

Entonces, ¿cómo generar menos gastos? Una manera sería realizando secuenciaciones multiplex, es decir, correr varias muestras al mismo tiempo en un mismo equipo, empleando los mismos reactivos y materiales. Esta idea no solo que reduciría el valor por corrida, sino también el tiempo invertido en procesarlas. No obstante, esta adaptación tiene una desventaja: impacta negativamente el rendimiento de las reacciones, y por ende, las secuencias obtenidas.

ArgenTAG

Aquí entra en juego una muy importante e interesante iniciativa llamada ArgenTAG. De origen argentino, ArgenTAG nace como una solución al problema de la secuenciación multiplex.

La empresa elabora “códigos de barra” (barcodes) o etiquetas “tags” sintéticos de ADN. Estos se utilizan para marcar distintas muestras, las cuales serán secuenciadas juntas en una sola corrida. Estos “códigos de barra” permitirán identificar, durante el análisis bioinformático, qué secuencias de ADN pertenecen a cuáles muestras.

Principio

El procedimiento resumido es el siguiente: 1) extraer el material genético de cada muestra de forma individual; 2) marcar las muestras individuales utilizando los “barcodes” sintéticos de ArgenTAG (una muestra, un barcode diferente); 3) hacer un pool de las muestras; 4) realizar la secuenciación multiplex del pool como si fuera una única muestra. El resultado de la secuenciación debe ser analizado mediante bioinformática, pero primero debemos poder discernir de dónde viene cada parte del ADN que hemos secuenciado, ya que no son de una única muestra o de un solo organismo. Aquí entran en juego los “barcodes” que colocamos anteriormente. El paso 5) consiste en identificar cada uno de los “barcodes” con los que etiquetamos cada muestra, de esa forma se podremos saber qué segmentos de la secuencia total obtenida pertenecen a cada una de las muestras u organismo que estamos estudiando. Es algo así como usar diferentes colores para marcar cada uno de los ADNs de interés. Posterior a esto podremos 6) realizar el análisis de nuestras secuencias normalmente.

El marcaje es un paso muy importante durante la secuenciación multiplex, ya que es la única forma de poder distinguir el ADN de cada muestra analizada; de otro modo, obtendríamos un completo desorden sin pies ni cabeza, con secuencias genéticas casi imposibles de analizar y distinguir.

Barcoder kit

ArgenTAG está diseñando kits que permiten realizar secuenciaciones de 12, 24, 48 hasta 96 muestras en simultáneo. Pero esto no es lo único creado por esta empresa sudamericana. Junto con la creación de los kits, se creó un software que permite diseñar estas etiquetas sintéticas, y no solo eso, sino poder analizar los resultados obtenidos tras la secuenciación e identificar los “barcodes” fácilmente.

Elizabeth Tapia, quien fue la ponente de este tema en “iD-Speech: divulgación científica de alto impacto”, afirma que uno de los desafíos que se busca resolver es la alta tasa de error propia de la secuenciación de tercera generación. Según Elizabeth esta tasa está alrededor del 12 al 14%, es decir que de cada 100 nucleótidos, 12 a 14 son incorrectos. Lee et al. (2016) proponían un valor similar del 10% al 15%. Reducir esta tasa de error a un nivel aceptable puede ser logrado mediante la tecnología de “barcoding” y el software diseñado para ello.

Las primeras pruebas de esta tecnología fueron realizadas en el 2017 al estudiar varias muestras del virus de chikungunya, donde se observaron resultados prometedores. Actualmente, el proyecto se ha enfocado en estudiar secuencias del SARS-CoV-2, un tema muy necesario en estos instantes [4].

Perspectivas

Más allá de lo importante del desarrollo de esta tecnología, es necesario destacar el proceso inherente a su creación. ArgenTAG, una empresa privada, nació de la academia para convertirse en una fuente de empleo e investigación en Sudamérica. Esto provocó que el gobierno se interese e involucre en el proyecto, de tal forma que el estado pueda beneficiarse del conocimiento y tecnología generada por esta empresa.

Además, así como el mundo de la ciencia, ArgenTAG es una empresa multidisciplinaria donde convergen genetistas, electrónicos, bioinformáticos, biotecnólogos, entre otros. Todos ellos trabajando en conjunto por un fin común, «descentralizar la secuenciación de genoma de siguiente generación» [4].

Este equipo multidisciplinario nos deja algunas lecciones importantes a todos, no solo para quienes están en el camino de la ciencia y la investigación, sino para nuestras vidas en general: hay que saber enfocar los desafíos y oportunidades que nos ofrece la vida, de ellos pueden surgir ideas y negocios; anteponer el bien común por sobre las individualidades; nunca es tarde para aprender algo nuevo y compartirlo con los demás; y has lo que te apasiona.

Referencia principal:

Tapia, E. (2020, 14 de noviembre). “The third (DNA) technological revolution around any living thing”. (Webinar iD-Speech: Divulgación científica de alto impacto).

Referencias secundarias:

  1. van Dijk, E., Jaszczyszyn, Y., Naquin, D., Thermes, C. “The Third Revolution in Sequencing.” Trends in Genetics 34, no. 9 (2018): 666–681.
  2. Zhang, A. The Tech Interactive. 2019. (acceso noviembre 14, 2020).
  3. Lee, H., Gurtowski, J., Yoo, S., Nattestad, M., Marcus, S., Goodwin, S., McCombie, W. R., Schatz M. C. “Third-generation sequencing and the future of genomics.” bioRxiv, 2016.
  4. ArgenTAG. ArgenTAG. n.d. (acceso noviembre 14, 2020).

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