Hace una década, un equipo de investigación internacional completó un ambicioso esfuerzo para leer los 3 mil millones de cartas de información genética que se encuentran en cada célula humana. El programa, conocido como el Proyecto Genoma Humano, proporcionó el plan para la vida humana, un logro que se ha comparado con el aterrizaje de un hombre en la luna.
El Dr. Eric D. Green estuvo involucrado desde el principio, refinando algunas de las tecnologías clave utilizadas en el proyecto. En ese momento, era becario postdoctoral y residente en patología en la Universidad de Washington en St. Louis. Él dividió su 5 por ciento del genoma, enfocándose en el mapeo del ADN del cromosoma 7. Hoy, Green es el director del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, que promueve la comprensión del genoma humano a través de la investigación genómica.
Volvamos a mediados o finales de la década de 1980, cuando se concibió por primera vez la idea del Proyecto Genoma Humano. ¿Cuál fue la motivación en ese momento?
Depende de a quién le preguntes. Diferentes personas tenían diferentes motivaciones. Tenga en cuenta que los años 70 y principios de los 80 fueron la era de la revolución de la biología molecular. Hubo avances significativos en los métodos que nos permitieron aislar y estudiar el ADN en el laboratorio.
En los Estados Unidos, por ejemplo, el Departamento de Energía se interesó mucho en la noción de estudiar el genoma debido al interés en la mutación y el proceso de mutación asociado con algunas formas de energía, como la energía nuclear.
Si va a lugares como los Institutos Nacionales de Salud, o mira a investigadores biomédicos e investigadores relacionados con la salud, estaban muy interesados en poder dilucidar la base genética de la enfermedad. Entre las muchas enfermedades genéticas que se estaban considerando, por supuesto, estaba el cáncer.
Muchas otras personas en todo el espectro de la investigación biomédica, incluso aquellas que trabajan en organismos modelo, como moscas, gusanos y levaduras, reconocieron que si pudiéramos encontrar la manera de analizar genomas complejos, comenzando con moscas, gusanos y levaduras, pero luego trabajando nuestro camino hacia los humanos, proporcionaría información fundamental para comprender cómo funcionaba el genoma.
Hubo una fusión de muchas ideas diferentes que, con el telón de fondo de tener avances tecnológicos incrementales pero importantes, hizo que pareciera que, aunque desalentador, el problema de secuenciar el genoma humano y determinar el orden de 3 mil millones de letras era factible.
¿De dónde vino el material para el proyecto del genoma? ¿De quién era el genoma?
Cuando comenzó el proyecto del genoma, todavía era bastante fragmentario. Diferentes personas estaban haciendo diferentes colecciones y fragmentos de ADN llamados bibliotecas, que son solo piezas de ADN clonado. Lo harían de cualquiera: a veces sería el jefe del laboratorio, a veces sería el becario postdoctoral o el estudiante de posgrado. Simplemente tomarían ADN en ese entonces cuando realmente no había implicaciones de eso.
Pero luego, cuando finalmente llegó el momento de crear las bibliotecas que se utilizarían para secuenciar el genoma humano por el Proyecto del Genoma Humano, la persona que fue la mejor persona para hacer esas bibliotecas fue un científico que trabajó en el Instituto del Cáncer Roswell Park en Buffalo, Nueva York. [El equipo] obtuvo el consentimiento informado de unos 10 o 20 donantes de sangre anónimos, y luego eligió uno de ellos al azar, y esa fue la persona. Alrededor del 60 por ciento de la secuencia del genoma humano generada por el Proyecto del Genoma Humano fue de un donante de sangre en Buffalo, Nueva York.
Pero, sabes qué, no importa. Si atraviesas la secuencia del genoma humano generada por el Proyecto del Genoma Humano, es como un mosaico. Puedes ir por cien mil cartas y puede ser esa persona, de Buffalo. Podría terminar siendo que irás a los próximos cien mil y será otra persona. Y los próximos cien mil, alguien más. Todo lo que sirvió como referencia. Y dado que todos los humanos son 99.9 por ciento idénticos en el nivel de secuencia, esa primera secuencia no tiene que ser una persona real. Puede ser una referencia hipotética de una persona.
De toda esa información, ¿por qué elegiste enfocarte en el cromosoma 7 [el genoma humano tiene 23 cromosomas]?
Fue algo arbitrario. Queríamos elegir un cromosoma que no fuera demasiado grande. No queríamos elegir uno que fuera demasiado pequeño. Sabíamos que iba a haber mucho trabajo, así que elegimos un cromosoma de tamaño mediano.
No queríamos elegir uno que ya tuviera mucha gente trabajando en ello. En ese momento, el gen más famoso en el cromosoma 7 era el gen de la fibrosis quística, que se descubrió en 1989. Y en realidad habíamos aislado parte de esa región y estábamos haciendo algunos estudios de manera piloto.
La verdad es que lo elegimos porque no era demasiado grande, no era demasiado pequeño y no estaba demasiado lleno. Esa fue una manera arbitraria de comenzar; Cuando terminó el proyecto del genoma, la mayoría de los estudios se estaban realizando en todo el genoma.
¿Cómo cambió el trabajo durante la vida del proyecto?
Toda la historia de la genómica es una de desarrollo tecnológico. Si rastrea dónde se hicieron los grandes avances, cada uno de ellos se asoció con aumentos repentinos en la tecnología. Al principio del proyecto del genoma, surgió el aumento de que teníamos mejores formas de aislar grandes piezas de ADN.
Cuando estábamos secuenciando genomas de organismos más pequeños, como las moscas de la fruta de Drosophila, básicamente industrializamos el proceso de secuenciación, haciéndolo cada vez más automatizado.
Cuando comenzó el proyecto del genoma, la idea era: "secuenciamos los genomas de moscas, gusanos y levaduras, todos estos organismos más pequeños, utilizando el método del día", que fue este método desarrollado por Fred Sanger en 1977. La idea era que no presionaría el acelerador para comenzar a secuenciar el genoma humano hasta que un nuevo y revolucionario método de secuencia estuviera disponible. Así que hubo muchos esfuerzos para desarrollar nuevas formas locas de secuenciar el ADN.
Cuando llegó el momento, alrededor de 1997 o 1998, de pensar realmente en comenzar a secuenciar el genoma humano, todos dijeron: "Tal vez no necesitemos esperar un método revolucionario, tal vez hayamos mejorado progresivamente el método anticuado bien lo suficiente como para que pueda usarse ", y de hecho eso fue lo que se decidió.
Dicho esto, desde el proyecto del genoma, lo que ha cambiado la faz de la genómica ha sido la nueva y revolucionaria tecnología de secuenciación que finalmente apareció en escena aproximadamente en 2005.
¿Cómo han cambiado esas mejoras el costo y los tiempos necesarios para la secuenciación?
El Proyecto del Genoma Humano tomó entre seis y ocho años de secuenciación activa y, en términos de secuenciación activa, gastaron alrededor de mil millones de dólares para producir la primera secuencia del genoma humano. El día que terminó el proyecto del genoma, les preguntamos a nuestros grupos de secuenciación: "Muy bien, si ibas a secuenciar un segundo genoma humano, hipotéticamente, ¿cuánto tiempo tomaría y cuánto costaría?" Con un reverso del sobre cálculo, dijeron, "Guau, si nos dieras otros 10 a 50 millones de dólares, probablemente podríamos hacerlo en tres o cuatro meses".
Pero ahora, si vas a donde estamos hoy, puedes secuenciar un genoma humano en aproximadamente un día o dos. A finales de este año, será aproximadamente un día. Y solo costará alrededor de $ 3, 000 a $ 5, 000 dólares.
¿Cuáles fueron los principales hallazgos del primer genoma y los siguientes?
Hay nuevos hallazgos que vienen todos los días. En los primeros 10 años de tener ante nosotros la secuencia del genoma humano, creo que día a día acumulamos más y más información sobre cómo funciona el genoma humano. Pero debemos reconocer que incluso 10 años después, solo estamos en las primeras etapas de interpretación de esa secuencia. Décadas a partir de ahora seguiremos interpretándolo y reinterpretándolo.
Algunas de las primeras cosas que aprendimos, por ejemplo: tenemos muchos menos genes de lo que algunas personas habían predicho. Cuando comenzó el genoma, muchas personas predijeron que los humanos probablemente tenían 100.000 genes, y tendrían sustancialmente más genes que otros organismos, especialmente organismos más simples. Resulta que eso no es cierto. Resulta que somos un número de genes mucho más bajo. De hecho, probablemente somos más como 20, 000 genes. Y eso es solo unos pocos miles más que moscas y gusanos. Entonces nuestra complejidad no está en nuestro número de genes. Nuestra complejidad está en otra parte.
La otra sorpresa vino cuando comenzamos a secuenciar otros mamíferos, en particular, genoma de ratón, genoma de rata, genoma de perro, etc., y ahora hemos secuenciado 50, 60, 70 de tales genomas. Alineas esas secuencias del genoma en una computadora y miras para ver dónde están las secuencias que están muy conservadas, en otras palabras a lo largo de decenas de millones de años de tiempo evolutivo, donde las secuencias no han cambiado en absoluto. Secuencias altamente conservadas altamente evolutivas casi con seguridad apuntan a secuencias funcionales. Estas son cosas que la vida no quiere cambiar y por eso las mantienen igual porque están haciendo una función fundamental vital necesaria para la biología. Al entrar en el proyecto del genoma, pensamos que la mayoría de las regiones más conservadas que eran funcionalmente importantes iban a estar en los genes, las partes del genoma que codifican directamente las proteínas. Resulta que la mayoría de las secuencias más altamente conservadas e inevitablemente funcionales no se encuentran en regiones codificantes de proteínas; Están fuera de los genes.
Entonces, ¿qué están haciendo? No los conocemos a todos. Pero sabemos que muchos de ellos son básicamente interruptores de circuito, como los interruptores de luz para una luz, que determinan dónde y cuándo y cuánto se activa un gen. Es mucho más complicado en humanos que en organismos inferiores como moscas y gusanos. Entonces, nuestra complejidad biológica no está tanto en nuestro número de genes. Es en los interruptores complejos, como los reguladores de intensidad, que regulan dónde, cuándo y cuántos genes se activan.
¿Qué nos queda por descubrir?
Cuando piensas en cómo funciona el genoma, eso es pensar en cómo funciona comúnmente para todos nosotros. Pero el otro gran énfasis en la genómica, especialmente en los últimos 10 años, es entender cómo nuestros genomas son diferentes. Entonces, puede enfatizar el 0.1 por ciento de nuestros genomas que son diferentes en comparación entre sí y cómo esas diferencias conducen a diferentes procesos biológicos. Entonces, comprender la variación es muy, muy importante, y luego correlacionar esa variación con diferentes consecuencias, de las cuales la enfermedad es una parte importante.
Ha habido avances notables, realmente notables. Ahora conocemos la base genómica de casi 5, 000 enfermedades genéticas raras. Cuando comenzó el proyecto del genoma, solo había unas pocas docenas de enfermedades para las cuales entendíamos qué causaba la mutación. Es una diferencia enorme. Ahora conocemos muchas, cientos y cientos de regiones del genoma humano que contienen variantes —no sabemos aún qué variantes— que confieren riesgo de enfermedades genéticas más complicadas, como hipertensión y diabetes y asma, enfermedades cardiovasculares, etc. .
Hemos pasado de tener una falta total de conocimiento de dónde buscar esas variantes en el genoma a tener regiones muy discretas para analizar. Entonces, este es un gran énfasis ahora en la genómica, es tratar de entender qué variantes son relevantes para la enfermedad y qué hacer con ellos.
