Los nucleótidos son los componentes químicos de la vida y se encuentran en el ADN de los organismos vivos. Cada nucleótido consiste en un azúcar, fosfato y una base que contiene nitrógeno: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). El orden específico de estas bases de nucleótidos determina qué proteínas, enzimas y moléculas serán sintetizadas por la célula.
Determinar el orden o la secuencia de nucleótidos es importante para el estudio de mutaciones, evolución, progresión de la enfermedad, pruebas genéticas, investigación forense y medicina.
Genómica y secuenciación del ADN
La genómica es el estudio del ADN, los genes, las interacciones genéticas y las influencias ambientales en los genes. El secreto para desentrañar el complejo funcionamiento interno de los genes es poder identificar su estructura y ubicación en los cromosomas.
El modelo de los organismos vivos está determinado por el orden (o secuencia) de los pares de bases de ácido nucleico en el ADN. Cuando el ADN se replica, la adenina se empareja con timina y la citosina con guanina; los pares no coincidentes se consideran mutaciones Dado que la molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN) de doble hélice se conceptualizó en 1953, se han realizado mejoras espectaculares en el campo de la genómica y la secuenciación de ADN a gran escala. Los científicos están trabajando diligentemente para aplicar este nuevo conocimiento al tratamiento individualizado de enfermedades. Al mismo tiempo, las discusiones en curso permiten a los investigadores mantenerse a la vanguardia de las implicaciones éticas de tales tecnologías de rápida explosión. Definición de secuenciación de ADN La secuenciación de ADN es el proceso de descubrir la secuencia de varias bases de nucleótidos en fragmentos de ADN. La secuenciación de genes completos permite la comparación de cromosomas y genomas presentes en la misma especie y en diferentes. El mapeo de cromosomas es útil para la investigación científica. El análisis de los mecanismos y la estructura de los genes, los alelos y las mutaciones cromosómicas en las moléculas de ADN sugiere nuevas formas de tratar los trastornos genéticos y detener el crecimiento tumoral canceroso, por ejemplo. Métodos de secuenciación del ADN de Frederick Sanger Avanzó enormemente el campo de la genómica a partir de la década de 1970. Sanger se sintió listo para abordar la secuencia de ADN después de secuenciar con éxito el ARN al estudiar la insulina. Sanger no fue el primer científico en incursionar en la secuenciación del ADN. Sin embargo, sus ingeniosos métodos de secuenciación de ADN, desarrollados en conjunto con sus colegas Berg y Gilbert, obtuvieron el Premio Nobel en 1980. Sanger conocía el valor potencial de su trabajo y a menudo colaboraba con otros científicos que compartían sus intereses en el ADN, la biología molecular y las ciencias de la vida. Aunque lento y costoso en comparación con las tecnologías de secuenciación actuales, los métodos de secuenciación de ADN de Sanger fueron elogiados en ese momento. Después de la prueba y error, Sanger encontró la "receta" bioquímica secreta para separar hebras de ADN, crear más ADN e identificar el orden de los nucleótidos en un genoma. Se pueden comprar fácilmente materiales de alta calidad para usar en el laboratorio. estudios: Sanger descubrió cómo cortar el ADN en pequeños segmentos utilizando la enzima ADN polimerasa. Luego hizo más ADN de un plantilla y trazadores radiactivos insertados en el nuevo ADN para demarcar secciones de las hebras separadas. También reconoció que la enzima necesitaba un cebador que pudiera unirse a un punto específico en la cadena de la plantilla. En 1981, Sanger volvió a hacer historia al descubrir el genoma de los 16,000 pares de bases del ADN mitocondrial. La temperatura debe ajustarse cuidadosamente durante todo el proceso de secuenciación. Primero, los productos químicos se agregan a un tubo y se calientan para desentrañar (desnaturalizar) la molécula de ADN de doble cadena. Luego, la temperatura se enfría, permitiendo que el cebador se una. A continuación, la temperatura se eleva para fomentar la actividad óptima de la ADN polimerasa (enzima). La polimerasa generalmente usa los nucleótidos normales disponibles, que son añadido a una mayor concentración. Cuando la polimerasa llega a un nucleótido ligado a colorante “que termina la cadena”, la polimerasa se detiene y la cadena termina allí, lo que explica por qué los nucleótidos teñidos se denominan “terminación de la cadena” o “terminadores”. El proceso continúa muchas, muchas veces Finalmente, el nucleótido unido a colorante se ha colocado en cada posición de la secuencia de ADN. La electroforesis en gel y los programas de computadora pueden identificar los colores del tinte en cada una de las hebras de ADN y descubrir la secuencia completa de ADN en función del tinte, la posición del tinte y la longitud de las hebras. Avances en la tecnología de secuenciación de ADN La secuenciación de alto rendimiento, generalmente conocida como secuenciación de próxima generación Los métodos de secuenciación de próxima generación pueden manejar análisis de ADN de alto volumen sin el paso adicional de amplificación o clonación para obtener suficiente ADN para la secuenciación. Las máquinas de secuenciación de ADN ejecutan múltiples reacciones de secuenciación al mismo tiempo, lo que es más barato y más rápido. Esencialmente, la nueva tecnología de secuenciación de ADN ejecuta cientos de reacciones de Sanger en un microchip pequeño y fácil de leer que luego se ejecuta a través de una computadora programa que ensambla la secuencia. La técnica lee fragmentos de ADN más cortos, pero sigue siendo más rápido y más eficiente que los métodos de secuenciación de Sanger, por lo que incluso los proyectos a gran escala se pueden completar rápidamente. El Proyecto Genoma Humano, completado en 2003, es uno de los estudios de secuenciación más famosos realizados hasta la fecha. Según un artículo de 2018 en Science News , el proyecto mapeó con éxito el genoma humano utilizando una muestra compuesta tomada de donantes de sangre anónimos. El Proyecto del Genoma Humano se basó en el cromosoma artificial bacteriano (BAC) basado en métodos de secuenciación para mapear pares de bases. La técnica utilizó bacterias para clonar fragmentos de ADN, lo que resultó en grandes cantidades de ADN para la secuenciación. Luego, los clones se redujeron de tamaño, se colocaron en una máquina de secuenciación y se ensamblaron en tramos que representan ADN humano. Los nuevos descubrimientos en genómica son enfoques profundamente cambiantes para la prevención, detección y tratamiento de enfermedades. El gobierno ha comprometido miles de millones de dólares para la investigación de ADN. La aplicación de la ley se basa en el análisis de ADN para resolver casos. Los kits de prueba de ADN se pueden comprar para uso doméstico para investigar la ascendencia e identificar variantes genéticas que pueden presentar riesgos para la salud: Las nuevas tecnologías a menudo vienen con la posibilidad de beneficio social, así como también de daño; ejemplos incluyen mal funcionamiento de centrales nucleares y armas nucleares de destrucción masiva. Las tecnologías de ADN también conllevan riesgos. Las preocupaciones emocionales sobre la secuenciación de ADN y las herramientas de edición de genes como CRISPR incluyen el temor de que la tecnología pueda facilitar la clonación humana o conducir a animales transgénicos mutantes creados por un científico deshonesto. Más a menudo, los problemas éticos relacionados con la secuenciación del ADN tienen que ver con el consentimiento informado. El fácil acceso a las pruebas de ADN directas al consumidor significa que los consumidores pueden no comprender completamente cómo se usará, almacenará y compartirá su información genética. Los laicos pueden no estar emocionalmente preparados para aprender acerca de sus variantes genéticas defectuosas y los riesgos para la salud. Terceros, como empleadores y compañías de seguros, podrían discriminar a las personas que portan genes defectuosos que pueden dar lugar a problemas médicos graves.
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Secuenciación del ADN: investigación temprana
La mayor ambición de Sanger era secuenciar genomas completos a gran escala, pero secuenciar los pares de bases de un bacteriófago minúsculo pálido en comparación con secuenciando los 3 mil millones de pares de bases del genoma humano. Sin embargo, aprender a secuenciar el genoma completo de un bacteriófago humilde fue un paso importante para reconstruir todo el genoma de los seres humanos. Debido a que el ADN y los cromosomas están formados por millones de pares de bases, la mayoría de los métodos de secuenciación separan el ADN en pequeñas cadenas, y entonces los segmentos de ADN se unen; solo lleva tiempo o máquinas rápidas y sofisticadas.
Conceptos básicos de secuenciación del ADN
Métodos de secuenciación de ADN: Métodos de Sanger
Otro desarrollo emocionante fue el método de escopeta que muestreaba y secuenciaba al azar hasta 700 pares de bases al mismo tiempo. Sanger también es conocido por su uso del método didesoxi (didesoxinucleótido) que inserta un nucleótido que termina la cadena durante la síntesis de ADN para marcar secciones de ADN para su análisis. Los didesoxinucleótidos interrumpen la actividad de la ADN polimerasa y evitan que los nucleótidos se acumulen en una cadena de ADN. br> Pasos de secuenciación de ADN
- utiliza nuevos avances y tecnologías para secuenciar bases de nucleótidos de forma más rápida y económica que nunca. Una máquina de secuenciación de ADN puede manejar fácilmente tramos de ADN a gran escala. De hecho, los genomas completos se pueden hacer en cuestión de horas, en lugar de años con las técnicas de secuenciación de Sanger.
El Proyecto del Genoma Humano
, el genoma humano consta de aproximadamente 46.831 genes, lo que fue un desafío formidable para la secuencia. Los mejores científicos de todo el mundo pasaron casi 10 años colaborando y consultando. Dirigido por el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano
Otros ejemplos de secuenciación de ADN
Implicaciones éticas de Secuenciación de ADN
