Los científicos dan un salto adelante para la secuenciación genética (con video)

Los científicos dan un salto adelante para la secuenciación genética (con video)


12 de marzo de 2022

(Noticias de Nanowerk) En un artículo publicado en avances científicos («Dinámica de polimerasa de ADN Taq de molécula única»), investigadores del Departamento de Química y del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Irvine, revelaron nuevos detalles sobre una enzima clave que permite la secuenciación del ADN. El hallazgo es un salto hacia la era de la medicina personalizada, en la que los médicos pueden desarrollar tratamientos basados ​​en el genoma de pacientes individuales.

«Las enzimas hacen posible la vida al catalizar transformaciones químicas que, de otro modo, tomarían demasiado tiempo para un organismo», dijo Greg Weiss, profesor de química de la UCI y coautor del nuevo estudio. «Una de las transformaciones que realmente nos interesan es esencial para toda la vida en el planeta: es el proceso mediante el cual se copia y repara el ADN». Esta imagen muestra la enzima Taq en su configuración abierta, esperando que llegue una nueva base química para intentar encajarla en una cadena de ADN. Esta imagen muestra la enzima Taq en su configuración abierta, esperando que llegue una nueva base química para intentar encajarla en una cadena de ADN. (Imagen: Max Strul/UCI y Lorena Beese Lab/Universidad de Duke)

La molécula estudiada por el equipo de la UCI es una enzima llamada Taq, nombre derivado del microorganismo en el que se descubrió por primera vez. termos acuáticos. La molécula estudiada por el equipo de la UCI es una enzima llamada Taq, nombre derivado del microorganismo Thermos aquaticus en el que se descubrió por primera vez. Taq replica el ADN. Taq utiliza la reacción en cadena de la polimerasa, la técnica con miles de aplicaciones, desde análisis forense hasta pruebas de PCR para detectar COVID-19.

El equipo dirigido por UCI descubrió que debido a que Taq ayuda a hacer nuevas copias de ADN, se comporta de manera muy diferente a lo que los científicos pensaban anteriormente. En lugar de comportarse como una máquina eficiente y bien engrasada que produce continuamente copias de ADN, la enzima, dice Weiss, se comporta como un comprador al azar que recorre los pasillos de una tienda y tira todo lo que ve en su carrito de compras.

«En lugar de seleccionar cuidadosamente cada pieza para agregarla a la cadena de ADN, la enzima detecta docenas de desajustes para cada pieza agregada con éxito», dijo Weiss. «Al igual que un comprador que revisa los artículos de una lista de compras, la enzima prueba cada artículo contra la secuencia de ADN que está tratando de replicar».

Este video muestra a Taq en su configuración abierta esperando que llegue una nueva base química para poder intentar hacer coincidir la base con una cadena de ADN.

Se sabe que Taq rechaza cualquier artículo incorrecto que termina en su proverbial carrito de compras; después de todo, este rechazo es la clave para duplicar con éxito una secuencia de ADN. Lo sorprendente del nuevo trabajo es la frecuencia con la que Taq rechaza las bases correctas. «Es como un comprador que toma media docena de latas idénticas de tomates, las agrega al carrito de compras y las prueba todas cuando solo necesita una lata».

El mensaje final: Taq hace su trabajo de manera mucho, mucho menos eficiente de lo que podría ser.

El hallazgo es un salto adelante en la revolución de la atención médica, dijo Philip Collins, profesor del Departamento de Física y Astronomía de la UCI y coautor correspondiente de la nueva investigación. Porque al comprender cómo funciona Taq, los científicos pueden comprender mejor qué tan preciso es realmente el genoma secuenciado de una persona.

«Cada ser humano tiene un genoma ligeramente diferente», dijo Collins, «con diferentes mutaciones en diferentes sitios. Algunos de estos son responsables de enfermedades, otros de absolutamente nada. Para comprender realmente si estas diferencias son importantes para la prestación de atención médica, para recetar medicamentos correctamente, debe comprender bien las diferencias”.

«Los científicos no saben cómo estas enzimas logran su precisión», dijo Collins, cuyo laboratorio desarrolló los dispositivos a nanoescala utilizados para estudiar el comportamiento de Taq. “¿Cómo le garantiza a un paciente que ha secuenciado con precisión su ADN si difiere del genoma humano aceptado? ¿El paciente realmente tiene una mutación rara”, pregunta Collins, “o la enzima simplemente cometió un error?”.

«Este trabajo podría usarse para desarrollar versiones mejoradas de Taq que pierdan menos tiempo haciendo copias de ADN», dijo Weiss.

Este video muestra un movimiento clave de Taq tratando de hacer coincidir una base química con una cadena de ADN.

Los efectos del trabajo no se detienen con la medicina; Cualquier campo científico que se base en la secuenciación precisa del ADN puede beneficiarse de una mejor comprensión de cómo funciona Taq. Por ejemplo, al interpretar las historias evolutivas del ADN antiguo, los científicos se basan en suposiciones sobre cómo cambia el ADN con el tiempo, y esas suposiciones se basan en secuencias genéticas precisas.

«Hemos entrado en el siglo de los datos genómicos», dijo Collins. “Con el cambio de siglo descubrimos el genoma humano por primera vez, y con esta nueva información de la genómica estamos comenzando a comprender los organismos, las especies y la historia humana, pero esta información genómica solo es útil si es precisa”.



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