La secuenciación genómica consiste en registrar el código genético de un virus y comparar la secuencia con muestras anteriores.
Esta técnica permite a los investigadores determinar si el virus es nuevo para la población humana y también cómo desarrollar una vacuna.
La secuenciación ha permitido que la COVID-19 sea el primer virus cuya propagación se monitoriza en tiempo real y a escala mundial.
Si la pandemia hubiera ocurrido hace diez años, ¿cómo habría sido? Sin duda habría habido muchas diferencias, pero probablemente la más notable habría sido la relativa falta de secuenciación genómica. Aquí es donde se lee y analiza rápidamente todo el código genético, o «genoma», del coronavirus presente en una muestra de prueba.
Al principio de la pandemia, la secuenciación informó a los investigadores de que se enfrentaban a un virus nunca antes visto. La rápida descodificación del código genético del virus también permitió desarrollar vacunas de inmediato, lo que explica en parte por qué estuvieron disponibles en tiempo récord.
Desde entonces, los científicos han secuenciado repetidamente el virus a medida que circula. Esto les permite monitorizar los cambios y detectar las variantes conforme surgen.
La secuenciación en sí no es nueva; lo que hoy es distinto es la cantidad que se realiza. Los genomas de las variantes se analizan en todo el mundo a un ritmo sin precedentes, lo que convierte a la COVID-19 en uno de los brotes más analizados de la historia.
Con esta información podemos rastrear cómo se propagan formas específicas del virus a nivel local, nacional e internacional. Así, la COVID-19 se convierte en el primer brote que se rastrea casi en tiempo real y a escala mundial.
Esto ayuda a controlar el virus. Por ejemplo, junto con las pruebas PCR, la secuenciación ayudó a revelar la aparición de la variante alfa en el invierno de 2020. También demostró que la alfa se estaba volviendo cada vez más prevalente y lo confirmó, al revelar que presentaba mutaciones significativas asociadas a una mayor transmisión. Esto contribuyó a fundamentar decisiones para endurecer las restricciones.
La secuenciación ha hecho lo mismo con ómicron, al identificar sus mutaciones preocupantes y confirmar la rapidez con la que se propaga. Esto puso de relieve la necesidad de que el Reino Unido acelere de forma notable su programa de dosis de refuerzo.
El camino hacia la secuenciación masiva
La importancia de la secuenciación genómica es innegable. Pero ¿cómo funciona y por qué se ha vuelto tan común?
Pues bien, al igual que las personas, cada copia del coronavirus tiene su propio genoma, que mide unos 30 000 caracteres de longitud. A medida que el virus se reproduce, su genoma puede sufrir ligeras mutaciones debido a errores cometidos al copiarlo. Con el tiempo, estas mutaciones se acumulan y permiten distinguir una variante del virus de otra. El genoma de una variante de preocupación puede contener entre cinco y 30 mutaciones.
El genoma del virus está formado por ARN, y cada uno de sus 30 000 caracteres corresponde a uno de cuatro componentes básicos, representados por las letras A, G, C y U. La secuenciación consiste en identificar su orden único. Para ello se pueden emplear diversas tecnologías, pero una especialmente importante para llegar hasta donde estamos es la secuenciación por nanoporos. Hace diez años, esta tecnología no estaba disponible como lo está hoy. Así funciona.
Primero, el ARN se convierte en ADN. Después, como un largo hilo de algodón que se hace pasar por un pequeño orificio en una tela, el ADN se hace pasar por un poro de una membrana. Este nanoporo es un millón de veces más pequeño que una cabeza de alfiler. A medida que cada componente básico del ADN atraviesa el nanoporo, emite una señal única. Un sensor detecta los cambios en la señal y un programa informático descifra esta información para revelar la secuencia.
Sorprendentemente, la máquina insignia para la secuenciación por nanoporos, el MinION, lanzado por Oxford Nanopore Technologies (ONT) en 2014, tiene solo el tamaño de una grapadora; otras técnicas de secuenciación (como las desarrolladas por Illumina y Pacific BioSciences) suelen requerir equipos voluminosos y un laboratorio bien equipado. Por ello, el MinION es increíblemente portátil y permite realizar la secuenciación sobre el terreno durante un brote de enfermedad.
Esto ocurrió por primera vez durante el brote de ébola de 2013-2016 brote de ébola y, después, durante la epidemia de zika de 2015-2016. Se instalaron laboratorios temporales en zonas carentes de infraestructura científica, lo que permitió a los científicos identificar el origen de cada brote.
Esta experiencia sentó las bases para la secuenciación del coronavirus de hoy. Los métodos perfeccionados durante ese período, en particular por un grupo de investigación genómica denominado Artic Network, han demostrado ser de un valor incalculable. Rápidamente se adaptaron a la COVID-19 y se convirtieron en la base sobre la que se han secuenciado millones de genomas del coronavirus en todo el mundo desde 2020. La secuenciación por nanoporos del zika y el ébola nos proporcionó los métodos para realizar la secuenciación a una escala nunca vista hoy en día.
Dicho esto, sin la capacidad mucho mayor de los equipos de sobremesa de Illumina, Pacific Biosciences y ONT, no podríamos aprovechar los conocimientos adquiridos mediante la secuenciación por nanoporos. Solo con estas otras tecnologías es posible realizar la secuenciación al volumen actual.
¿Qué viene después para la secuenciación?
Con la COVID-19, los investigadores solo pudieron monitorizar el brote una vez iniciado. Sin embargo, ya ha comenzado la creación de programas de pruebas rápidas y cribado para otras enfermedades nuevas, así como de la infraestructura necesaria para realizar una secuenciación generalizada. Estos programas proporcionarán un sistema de alerta temprana para evitar que la próxima pandemia nos tome por sorpresa.
Por ejemplo, en el futuro podrían implementarse programas de vigilancia para monitorizar las aguas residuales con el fin de identificar los microbios causantes de enfermedades (conocidos como patógenos) presentes en la población. La secuenciación permitirá a los investigadores identificar nuevos patógenos, lo que facilitará un inicio temprano en la comprensión y el seguimiento del próximo brote antes de que se descontrole.
La secuenciación del genoma también desempeña un papel en el futuro de la atención sanitaria y la medicina. Tiene el potencial de diagnosticar trastornos genéticos raros, orientar la medicina personalizada y monitorizar la amenaza cada vez mayor de la resistencia a los fármacos.
Hace entre cinco y diez años, los científicos apenas comenzaban a ensayar la tecnología de secuenciación en brotes virales más pequeños. Los efectos de los últimos dos años han dado lugar a un enorme aumento del uso de la secuenciación para rastrear la propagación de enfermedades. Esto ha sido posible gracias a la tecnología, las competencias y la infraestructura que se han desarrollado con el tiempo.
La COVID-19 ha causado daños incalculables en todo el mundo y ha afectado la vida de millones de personas, y aún no conocemos todo su impacto. Pero los avances recientes, en particular en el ámbito de la secuenciación, sin duda han mejorado la situación respecto a lo que habría sido de otro modo.
