Para los pacientes, a menudo niños, con enfermedades raras, obtener un diagnóstico es un camino largo y difícil.
Investigadores de Stanford Medicine han combinado una tecnología de secuenciación de ADN ultrarrápida con un amplio almacenamiento y computación en la nube, lo que les permite descubrir fuentes no documentadas de enfermedades genéticas.
El diagnóstico de enfermedades como esta es un problema mundial, escribe el experto Kevin Doxzen.
Los datos y recursos genéticos deben compartirse, y los países de ingresos bajos y medianos necesitan acceso para lograr cambios positivos en la comunidad más amplia de enfermedades raras.
En los niños que padecen enfermedades raras, por lo general se tarda años en obtener un diagnóstico. Este “odisea diagnóstica” está marcada por múltiples derivaciones y una avalancha de pruebas, en busca de descubrir la causa raíz de síntomas misteriosos y debilitantes.
Un nuevo récord de velocidad en la secuenciación de ADN podría pronto ayudar a las familias a encontrar más rápidamente respuestas a preguntas difíciles que cambian la vida.
En solo 7 horas y 18 minutos, un equipo de investigadores de Stanford Medicine pasó de recoger una muestra de sangre a ofrecer un diagnóstico de enfermedad. Este tiempo de respuesta sin precedentes es el resultado de una tecnología de secuenciación de ADN ultrarrápida combinada con un enorme almacenamiento y computación en la nube. Este método mejorado de diagnóstico de enfermedades permite a los investigadores descubrir fuentes de enfermedades genéticas previamente no documentadas, arrojando nueva luz sobre los 6000 millones de letras del genoma humano.
Más de 7000 enfermedades raras afectan a 300 millones de personas en todo el mundo, el 50 % de las cuales son niños. De estas enfermedades, el 80 % tiene un componente genético. El inicio de algunas enfermedades genéticas raras puede ser rápido y debilitante. Detectar los síntomas e identificar la causa raíz es una carrera contra el reloj para muchas familias.
Soy académico especializado en biotecnología y políticas, y trabajo en mejorar el acceso a tecnologías innovadoras de atención sanitaria. Ya se trate de pruebas sencillas y asequibles o de terapias génicas sofisticadas y costosas, los avances médicos deben llegar a poblaciones de todo el mundo. Creo que la secuenciación de ADN ultrarrápida es clave para ampliar el alcance y acelerar el diagnóstico de enfermedades raras.
Un nuevo Récord Guinness mundial
El Proyecto del Genoma Humano, el primer intento exitoso de secuenciar un genoma humano completo o «entero», tardó 13 años, de 1990 a 2003, y costó 2700 millones de dólares. En 2014, el campo de la secuenciación del genoma completo alcanzó otro hito importante al llegar al precio de 1000 dólares. Cada año, el costo de la secuenciación sigue bajando, impulsado por la innovación en ingeniería y computación.
En su búsqueda de un récord mundial, los investigadores de Stanford recurrieron a una plataforma de secuenciación de ADN de la empresa Oxford Nanopore Technologies, que desarrolló un dispositivo que lee genomas mediante hacer pasar largas hebras de ADN a través de poros de un tamaño y composición comparables a las aberturas de las membranas celulares biológicas. Conforme una hebra de ADN atraviesa el poro, el dispositivo detecta cambios eléctricos sutiles propios de cada letra del ADN, identificando así la secuencia de ADN.
Miles de estos poros se distribuyen en un dispositivo llamado celda de flujo. Los investigadores secuenciaron el genoma de un solo paciente en 48 celdas de flujo simultáneamente, lo que les permitió leer el genoma completo en un tiempo récord de 5 horas y 2 minutos.
La secuenciación de ADN ultrarrápida generó terabytes de datos, que se trasladaron a un sistema de almacenamiento en la nube. En la nube, algoritmos analizaron el genoma en busca de pequeñas variaciones —mutaciones— dentro de la secuencia de ADN que podrían ayudar a explicar el origen de una enfermedad genética.
Reescribiendo la odisea diagnóstica
Si se cree que el origen de una enfermedad reside en el genoma, la vía médica estándar es solicitar un panel génico. Esta prueba secuencia una lista de genes predeterminados en busca de posibles mutaciones causantes de enfermedades. Recibir los resultados de la prueba suele tardar entre dos y tres semanas, pero puede llegar a tardar hasta ocho semanas, y puede pasar por alto mutaciones en genes que no figuran en la lista.
Reducir el proceso de secuenciación y análisis a siete horas y ampliar la secuenciación de unos pocos genes al genoma completo podría transformar de raíz la odisea diagnóstica. La secuenciación de ADN ultrarrápida ya ha marcado la diferencia en la vida de dos niños.
Matthew Junzman, un chico de 13 años de Oregón, fue trasladado de urgencia al Hospital de Stanford y conectado a soporte vital. Su corazón estaba fallando, y nadie sabía por qué. Los médicos redujeron la causa a dos opciones: miocarditis, una afección reversible que implica inflamación del corazón, o una afección genética intratable.
En el estudio de Stanford, los médicos realizaron una prueba de secuenciación de ADN ultrarrápida, que reveló rápidamente que Matthew tenía una afección genética. Fue incluido de inmediato en una lista de trasplantes y recibió un nuevo corazón tres semanas después.
En el mismo estudio, un paciente de 3 meses fue ingresado en el hospital pediátrico con convulsiones. Mediante el proceso de secuenciación de ADN ultrarrápida, los médicos detectaron rápidamente una mutación en un gen que explicaba las convulsiones. Las pruebas estándar probablemente habrían pasado por alto este diagnóstico en un primer momento.
El diagnóstico de enfermedades es un problema mundial
Los avances en la tecnología de atención sanitaria suelen tener un precio elevado cuando se lanzan por primera vez. La competencia empresarial, los materiales más baratos y las nuevas generaciones de tecnología pueden ayudar a reducir los costos. Pero los obstáculos de infraestructura, políticos y regulatorios contribuyen a limitar el acceso mundial.
Si bien la tecnología de Oxford Nanopore es más barata que varios dispositivos de secuenciación alternativos, los costos de los equipos y materiales siguen siendo prohibitivos para los laboratorios de muchos países. Del mismo modo, menos del 20 % de los países de ingresos bajos y medianos cuenta con una infraestructura de datos moderna. Esto elimina la posibilidad de la computación en la nube en muchos lugares.
Llevar la secuenciación de ADN ultrarrápida a estos países implicará invertir en esfuerzos regionales para respaldar la investigación genómica. Por ejemplo, la Iniciativa de Herencia Humana y Salud en África invierte en infraestructura científica y desarrollo de personal para estudiar la salud y las enfermedades de las poblaciones africanas. Dotar a grupos como estos de los equipos y el software necesarios para la secuenciación de ADN ultrarrápida garantizará que las enfermedades raras más frecuentes en las poblaciones africanas no queden sin explorar.
No existen tratamientos aprobados para el 95 % de las enfermedades raras. El número limitado de personas afectadas por una determinada enfermedad rara dificulta el estudio de los síntomas y el diseño de ensayos clínicos. Crear sistemas de intercambio de datos y elaborar normativas será fundamental para que las personas puedan compartir de forma segura su información personal entre países. El Programa Conjunto Europeo sobre Enfermedades Raras y la Alianza Mundial para la Genómica y la Salud están avanzando hacia estos objetivos, tendiendo puentes entre las comunidades de enfermedades raras de todo el mundo.
A medida que la secuenciación genómica ultrarrápida se convierte en una característica de los hospitales de países de ingresos altos, considero importante analizar cómo la comunidad más amplia de enfermedades raras tendrá acceso a estas herramientas y se beneficiará de la ola de nuevos conocimientos sobre las enfermedades que se vislumbra.
