En la película de ciencia ficción Gattaca, los visitantes solo pasan la seguridad si un análisis de sangre y la lectura de su perfil genético coinciden con la muestra en el archivo. Ahora, los secuenciadores de ADN baratos y el software personalizado podrían hacer realidad la autenticación de ADN en tiempo real.
Investigadores de la Universidad de Columbia y el Centro del Genoma de Nueva York han desarrollado un método para identificar de forma rápida y precisa a personas y líneas celulares a partir de su ADN. La tecnología podría tener múltiples aplicaciones, desde identificar víctimas en un desastre masivo hasta analizar escenas del crimen. Pero su uso más inmediato podría ser marcar líneas celulares mal etiquetadas o contaminadas en experimentos de cáncer, una de las principales razones por las que los estudios luego se invalidan. El descubrimiento se describe en el último número de eLife.
«Nuestro método abre nuevas formas de utilizar la tecnología estándar para beneficiar a la sociedad», dijo el autor principal del estudio, Yaniv Erlich, profesor de ciencias de la computación en Columbia Engineering, miembro principal adjunto de NYGC y miembro de Data Science de Columbia. Instituto. «Estamos especialmente entusiasmados con el potencial para mejorar la autenticación celular en la investigación del cáncer y acelerar potencialmente el descubrimiento de nuevos tratamientos».
El software está diseñado para ejecutarse en MinION, un instrumento del tamaño de una tarjeta de crédito que atrae hebras de ADN a través de sus poros microscópicos y lee secuencias de nucleótidos, o las letras de ADN A, T, C, G. El dispositivo tiene hizo posible que los investigadores estudiaran bacterias y virus en el campo, pero su alta tasa de error y las grandes brechas de secuenciación han limitado, hasta ahora, su uso en células humanas con sus miles de millones de nucleótidos.
En un proceso innovador de dos pasos, los investigadores describen una nueva forma de usar el MinION de $1,000 y la abundancia de datos genéticos humanos ahora en línea para validar la identidad de personas y células por su ADN con una precisión casi perfecta. Primero, usan el MinION para secuenciar cadenas aleatorias de ADN, de las cuales seleccionan variantes individuales, que son nucleótidos que varían de persona a persona y los hacen únicos. Luego, utilizan un algoritmo bayesiano para comparar aleatoriamente esta combinación de variantes con las variantes correspondientes en otros perfiles genéticos registrados. Con cada verificación cruzada, el algoritmo actualiza la probabilidad de encontrar una coincidencia, reduciendo rápidamente la búsqueda.
Las pruebas muestran que el método puede validar la identidad de un individuo después de cotejar entre 60 y 300 variantes, informan los investigadores. En cuestión de minutos, verificó la identidad de la autora principal del estudio, Sophie Zaaijer, exmiembro de NYGC y ahora investigadora postdoctoral en Cornell Tech.
Para hacer esto, MinION comparó la lectura del genoma de Zaaijer, obtenido de una muestra de células de la mejilla, con un perfil de referencia almacenado entre otros 31.000 genomas en la base de datos pública DNA.land. La identidad de Erlich se verificó de la misma manera, con la secuenciación inicial realizada por estudiantes de Columbia en la clase de genómica ubicua que él y Zaaijer impartieron en 2015.
Llaman a su técnica de reidentificación ‘boceto MinION’, que Zaaijer compara con la capacidad del cerebro para distinguir un pájaro a partir de algunas características reveladoras en un dibujo lineal abstracto de Picasso. El «boceto» genético de MinION de una muestra de células se compara con una base de datos cada vez mayor de bocetos, perfiles genéticos incompletos similares producidos por kits de prueba de ADN en el hogar como 23andMe y donados a la ciencia por los consumidores.
«Usando nuestro método, solo se necesitan unas pocas lecturas de ADN para inferir una coincidencia con un individuo en la base de datos», dice Zaaijer.
El uso más prometedor para el ‘boceto MinION’ puede ser como una herramienta barata de autenticación de células en la investigación experimental, dicen los científicos familiarizados con sus capacidades. En el estudio, los investigadores compararon rápidamente una cepa de células leucémicas secuenciadas por MinION con un archivo de referencia en la base de datos de la Cancer Cell Line Encyclopedia, informan. Cuando intentaron contaminar las células con otros cultivos, rechazaron correctamente una coincidencia si los niveles de contaminación superaban el 25 por ciento.
Se culpa al uso de líneas celulares mal identificadas o contaminadas en la investigación médica por hasta un tercio de los $28 mil millones estimados que se gastan cada año en estudios que no se pueden replicar, según un estudio reciente. En un ensayo de 2014 en Science, el director del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales, Jon Lorsch, pidió nuevas políticas y tecnologías para abordar el problema.
Al carecer de la costosa maquinaria necesaria para validar las líneas celulares por sí mismos, la mayoría de los investigadores se saltan la validación o envían sus cultivos a laboratorios especializados, lo que puede retrasar hallazgos y tratamientos importantes. Si hubiera una alternativa más fácil disponible, la mayoría de los investigadores la usarían, dice Neville Sanjana, miembro principal de la facultad en NYGC y profesor asistente en el Departamento de Biología de NYU que trabaja en líneas celulares de cáncer de piel y pulmón y no participó en el estudio.
«Nadie quiere perder tiempo y reactivos trabajando en las células equivocadas», dice. «Al precio correcto, todos los laboratorios adoptarán esto».
