La idea de que la policía pueda identificar a un sospechoso sobre la base de la más mínima gota de sangre o rastros de tejido ha sido un elemento básico de los dramas de TV, pero los científicos de Harvard han tomado la idea un paso más allá. Utilizando sólo una sola célula humana, se puede reproducir el genoma completo de un individuo.
Como se describe en un documento de 21 de diciembre en Science, un equipo de investigadores, dirigido por Xiaoliang Sunney Xie, el profesor Mallinckrodt de Química y Biología Química, e integrada por el becario postdoctoral Chenghang Zong, el estudiante graduado Alec Chapman, y el ex estudiante graduado Sijia Lu, desarrolló un método llamado MALBAC, acrónimo de Multiple recocido y Looping amplificación basada en ciclos, que requiere sólo una célula de reproducir una molécula completa de ADN. Más de tres años en la fabricación, la innovadora técnica ofrece la posibilidad de tratar el cáncer temprano, al permitir a los médicos obtener una genética «huella dactilar» del cáncer de una persona a partir de las células tumorales circulantes. También podría conducir a la prueba prenatal más seguro para una serie de enfermedades genéticas.
«Si nos dan una sola célula humana, informamos a usted el 93 por ciento del genoma que contiene tres mil millones de pares de bases, y si hay una mutación de una sola base, podemos identificar con la detectabilidad 70 por ciento, sin falsos positivos detectados, «dijo Xie. «Este es un avance importante». En un segundo artículo, publicado al mismo tiempo, los investigadores del laboratorio de Xie trabajó con científicos de la Universidad de Pekín en China para demostrar MALBAC por secuenciación 99 células de esperma de un individuo y el examen de la contribución paterna y materna para el genoma de cada célula.
Como su nombre indica, Xie dijo, MALBAC es un tipo de amplificación de ADN que permite a los investigadores para duplicar el ADN presente en una sola molécula muchas veces de células para que pueda ser analizado en el laboratorio. «Mientras que otros métodos de amplificación de ADN existen, más parecida a la reacción en cadena de polimerasa (PCR) o la amplificación por desplazamiento múltiple (MDA)-sufren de un problema específico», dijo Xie. «Porque amplifican exponencialmente, ambos tienen sesgo. Ellos amplificar dramáticamente algunas partes del genoma, pero amplificar otros muy poco.»
En comparación, dijo, MALBAC se basa en la amplificación lineal, lo que significa que es capaz de minimizar el sesgo dependiente de la secuencia. Así como lo hace con otros métodos, el proceso de amplificación comienza con la división de la doble hélice de ADN en dos hebras sencillas. Equipo de Xie continuación, agrega un azar «cartilla»-pequeños fragmentos de ADN que se une en docenas de lugares a lo largo de cada capítulo. Para extender los cebadores, equipo de Xie utiliza una polimerasa de ADN, el mismo celular «máquina» que sintetiza ADN a medida que las células se dividen.
Con esa máquina, los investigadores son capaces de extender los cebadores de tan sólo siete bases a tanto como 2.000. Al calentarse, se rompen los cebadores alargados aparte del ADN original, produciendo productos de media. Cuando dichos productos media se amplifican utilizando los mismos cebadores, los dos extremos de la cosechadora de ADN, formando un bucle que impide que se amplifica de nuevo. Los productos sobrantes y media el ADN original están sujetos a otro ciclo de amplificación. Después de cinco ciclos de tales lineal de pre-amplificación, el producto completo se amplificó por PCR para producir suficiente material para la secuenciación. A pesar de la alta cobertura, las ADN polimerasas de vez en cuando se cometen errores, Xie explicó.
Para asegurarse de que el genoma producido por MALBAC es exacta, los investigadores recurrido a una técnica diferente. «Muchas enfermedades están asociadas con una mutación de una sola base», dijo Xie. «El reto, sin embargo, es que encontrar una mutación en más de 3 mil millones de pares de bases es como buscar una aguja en un pajar técnicas anteriores, como la PCR o MDA, comience con muchas células, por lo que el reto sea aún mayor;. Una sola mutación simplemente se pierde en el proceso. MALBAC, sin embargo, comienza con una sola célula, por lo que es más fácil identificar esas mutaciones cuando se producen. »
Para asegurar la precisión MALBAC, el equipo de Xie simplemente dejar que la célula se divida original. Mientras que la polimerasa que los investigadores utilizan para construir la secuencia de ADN es muy precisa, sólo haciendo un error por cada 10.000 bases, dejando que la célula se divida da a los investigadores la oportunidad de comprobar su trabajo. «Las posibilidades de que el mismo error que se realizan en la posición de base mismo son de una en 100 millones», dijo Xie. «Si dejamos que las células se dividen de nuevo, y la secuencia de tres celdas, las posibilidades de subir a uno de cada 10 millones de dólares, menos que el número de bases en la molécula de ADN completo, así que podemos eliminar todos los falsos positivos.»
Llegar a ese nivel de la precisión es muy importante, porque si un médico le dice a un paciente que se detecta una mutación, no quiero ser malo «, continuó.» Cuando usamos MALBAC, si una mutación aparece en dos o tres células relacionadas, sabemos debe ser una mutación real. «Como una demostración de poder MALBAC de, Xie y su equipo de cerca las mutaciones que surgieron en una sola célula de cáncer, ya que divide más de 20 generaciones, y descubrió hasta 50 mutaciones adquiridas.» Este es el primera vez que la tasa de mutación de una célula humana se ha medido directamente «, dijo Xie.»
Porque ahora podemos ver las bases únicas, recientemente adquiridas, podemos estudiar la dinámica del genoma de una manera que antes no era posible. »
celula real, secuenciación del genoma en una sola celula, amplificacion de desplazamiento de cadena multiple MDA, amplificacion una sola celula, celula humana REAL, imagen de una celula real
