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Proyecto Genoma

Cuando se imprime, la secuencia del genoma humano llena alrededor de 100 enormes libros de letra pequeña. Los proyectos genómicos son esfuerzos científicos que, en última instan...

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Cuando se imprime, la secuencia del genoma humano llena alrededor de 100 enormes libros de letra pequeña.

Los proyectos genómicos son esfuerzos científicos que, en última instancia, buscan determinar la secuencia genómica completa de un organismo (ya sea un animal , una planta , un hongo , una bacteria , una arquea , un protista o un virus ) y anotar los genes codificadores de proteínas y otras características importantes codificadas en el genoma. [ 1 ] La secuencia genómica de un organismo incluye las secuencias de ADN colectivas de cada cromosoma del organismo. Para una bacteria que contiene un solo cromosoma, un proyecto genómico tendrá como objetivo mapear la secuencia de ese cromosoma. Para la especie humana, cuyo genoma incluye 22 pares de autosomas y 2 cromosomas sexuales, una secuencia genómica completa implicará 46 secuencias cromosómicas separadas.

El Proyecto Genoma Humano es un ejemplo bien conocido de un proyecto genómico. [ 2 ]

Ensamblaje del genoma

El ensamblaje del genoma se refiere al proceso de tomar un gran número de secuencias cortas de ADN y reensamblarlas para crear una representación de los cromosomas originales de los que se originó el ADN. En un proyecto de secuenciación aleatoria , todo el ADN de una fuente (generalmente un solo organismo , desde una bacteria hasta un mamífero ) se fragmenta primero en millones de pequeños trozos. Estos trozos son luego "leídos" por máquinas de secuenciación automatizadas. Un algoritmo de ensamblaje del genoma funciona tomando todos los trozos y alineándolos entre sí, y detectando todos los puntos donde dos de las secuencias cortas, o lecturas , se superponen. Estas lecturas superpuestas se pueden fusionar y el proceso continúa.

El ensamblaje del genoma es un problema computacional muy difícil , que se complica aún más porque muchos genomas contienen un gran número de secuencias idénticas, conocidas como repeticiones . Estas repeticiones pueden tener miles de nucleótidos de longitud y aparecer en diferentes ubicaciones, especialmente en los grandes genomas de plantas y animales .

La secuencia genómica resultante (borrador) se obtiene combinando la información de los contigs secuenciados y utilizando información de enlace para crear andamios. Los andamios se ubican a lo largo del mapa físico de los cromosomas, creando una "ruta dorada".

Software de ensamblaje

Originalmente, la mayoría de los centros de secuenciación de ADN a gran escala desarrollaron su propio software para ensamblar las secuencias que producían. Sin embargo, esto ha cambiado a medida que el software se ha vuelto más complejo y ha aumentado el número de centros de secuenciación. Un ejemplo de este tipo de ensamblador es el paquete de análisis de oligonucleótidos cortos (SOP), desarrollado por BGI para el ensamblaje de novo de genomas de tamaño humano, alineación, detección de SNP , resecuenciación, detección de inserciones/deleciones y análisis de variación estructural. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

Anotación del genoma

Desde la década de 1980, la biología molecular y la bioinformática han generado la necesidad de la anotación del ADN . La anotación del ADN o anotación del genoma es el proceso de identificar y asociar información biológica a las secuencias , y en particular, de identificar la ubicación de los genes y determinar su función.

Tiempo de finalización

Al secuenciar un genoma, suelen existir regiones difíciles de secuenciar (a menudo regiones con ADN altamente repetitivo ). Por lo tanto, las secuencias genómicas "completas" rara vez lo son, y se han utilizado términos como "borrador de trabajo" o "esencialmente completo" para describir con mayor precisión el estado de estos proyectos genómicos. Incluso cuando se ha determinado cada par de bases de una secuencia genómica, es probable que aún existan errores, ya que la secuenciación del ADN no es un proceso completamente preciso. También podría argumentarse que un proyecto genómico completo debería incluir las secuencias de las mitocondrias y (en el caso de las plantas) de los cloroplastos , ya que estos orgánulos poseen sus propios genomas.

Se suele decir que el objetivo de secuenciar un genoma es obtener información sobre el conjunto completo de genes en esa secuencia genómica en particular. La proporción de un genoma que codifica genes puede ser muy pequeña (especialmente en eucariotas como los humanos, donde el ADN codificante puede representar solo un pequeño porcentaje de la secuencia total). Sin embargo, no siempre es posible (ni deseable) secuenciar únicamente las regiones codificantes por separado. Además, a medida que los científicos comprenden mejor el papel de este ADN no codificante (a menudo denominado ADN basura ), será cada vez más importante contar con una secuencia genómica completa como base para comprender la genética y la biología de cualquier organismo.

En muchos sentidos, los proyectos genómicos no se limitan a determinar la secuencia de ADN de un organismo. Estos proyectos también pueden incluir la predicción de genes para descubrir su ubicación en el genoma y su función. Asimismo, pueden existir proyectos relacionados para secuenciar EST o ARNm que ayuden a determinar la ubicación exacta de los genes.

Perspectivas históricas y tecnológicas

Históricamente, al secuenciar genomas eucariotas (como el del gusano Caenorhabditis elegans ), era común mapear primero el genoma para obtener una serie de marcadores. En lugar de secuenciar un cromosoma de una sola vez, se secuenciaba fragmento a fragmento (conociendo la ubicación aproximada de cada fragmento en el cromosoma). Los avances tecnológicos, y en particular las mejoras en la capacidad de procesamiento de las computadoras, permiten ahora secuenciar genomas de forma aleatoria (aunque este método presenta algunas limitaciones en comparación con el método tradicional).

Las mejoras en la tecnología de secuenciación de ADN han supuesto que el coste de secuenciar una nueva secuencia genómica haya disminuido progresivamente (en términos de coste por par de bases ), y las nuevas tecnologías también han permitido secuenciar genomas mucho más rápidamente.

Cuando las agencias de investigación deciden qué nuevos genomas secuenciar, se ha priorizado a las especies que son de gran importancia como organismos modelo o que tienen relevancia para la salud humana (por ejemplo, bacterias patógenas o vectores de enfermedades como los mosquitos ), o a las especies que tienen importancia comercial (por ejemplo, ganado y cultivos). Se da una importancia secundaria a las especies cuyos genomas ayudarán a responder preguntas importantes en la evolución molecular (por ejemplo, el chimpancé común ).

En el futuro, es probable que secuenciar un genoma sea aún más económico y rápido. Esto permitirá determinar secuencias genómicas completas de muchos individuos diferentes de la misma especie. En el caso de los humanos, esto nos permitirá comprender mejor aspectos de la diversidad genética humana .

Ejemplos

L1 Dominette 01449, la vaca Hereford que sirve como sujeto del Proyecto Genoma Bovino
La secuencia del genoma de la secuoya gigante se extrajo de una sola semilla fertilizada recolectada de un árbol de 1.360 años de antigüedad en el Parque Nacional Sequoia/Kings Canyon .

Muchos organismos tienen proyectos de genoma que ya se han completado o se completarán en breve, entre ellos:

Véase también

Referencias

  1. ↑ Pevsner, Jonathan (2009). Bioinformática y genómica funcional (2.ª  ed.). Hoboken, NJ: Wiley-Blackwell. ISBN 9780470085851.
  2. ↑ "Beneficios potenciales de la investigación del Proyecto Genoma Humano" . Departamento de Energía , Información del Proyecto Genoma Humano. 9 de octubre de 2009. Archivado del original el 8 de julio de 2013. Consultado el 18 de junio de 2010 .
  3. ↑ Li R, Zhu H, Ruan J, Qian W, Fang X, Shi Z, Li Y, Li S, Shan G, Kristiansen K, Li S, Yang H, Wang J, Wang J (febrero de 2010). "Ensamblaje de novo de genomas humanos con secuenciación masiva paralela de lecturas cortas" . Genome Research . 20 (2): 265– 272. doi : 10.1101/gr.097261.109 . ISSN 1549-5469 . PMC 2813482. PMID 20019144 .   
  4. 1 2 Rasmussen M, Li Y, Lindgreen S, Pedersen JS, Albrechtsen A, Moltke I, Metspalu M, Metspalu E, Kivisild T, Gupta R, Bertalan M, Nielsen K, Gilbert MT, Wang Y, Raghavan M, Campos PF, Kamp HM, Wilson AS, Gledhill A, Tridico S, Bunce M, Lorenzen ED, Binladen J, Guo X, Zhao J, Zhang X, Zhang H, Li Z, Chen M, Orlando L, Kristiansen K, Bak M, Tommerup N, Bendixen C, Pierre TL, Grønnow B, Meldgaard M, Andreasen C, Fedorova SA, Osipova LP, Higham TF, Ramsey CB, Hansen TV, Nielsen FC, Crawford MH, Brunak S, Sicheritz-Pontén T, Villems R, Nielsen R, Krogh A, Wang J, Willerslev E (11 de febrero de 2010). " Secuencia del genoma humano antiguo de un paleoesquimal extinto" . Nature . 463 (7282): 757–762 . Bibcode : 2010Natur.463..757R . doi : 10.1038/nature08835 . ISSN 1476-4687 . PMC 3951495. PMID 20148029 .   
  5. ↑ Wang J, Wang W, Li R, Li Y, Tian G, Goodman L, Fan W, Zhang J, Li J, Zhang J, Guo Y, Feng B, Li H, Lu Y, Fang X, Liang H, Du Z, Li D, Zhao Y, Hu Y, Yang Z, Zheng H, Hellmann I, Inouye M, Pool J, Yi X, Zhao J, Duan J, Zhou Y, Qin J, Ma L, Li G, Yang Z, Zhang G, Yang B, Yu C, Liang F, Li W, Li S, Li D, Ni P, Ruan J, Li Q, Zhu H, Liu D, Lu Z, Li N, Guo G, Zhang J, Ye J, Fang L, Hao Q, Chen Q, Liang Y, Su Y, San A, Ping C, Yang S, Chen F, Li L, Zhou K, Zheng H, Ren Y, Yang L, Gao Y, Yang G, Li Z, Feng X, Kristiansen K, Wong GK, Nielsen R, Durbin R, Bolund L, Zhang X, Li S, Yang H, Wang J (2008-11-06). "La secuencia del genoma diploide de un individuo asiático" . Nature . 456 (7218): 60– 65. Bibcode : 2008Natur.456...60W . doi : 10.1038 / nature07484 . ISSN 0028-0836 . PMC 2716080. PMID 18987735 .   
  6. ↑ Ghosh, Pallab (23 de abril de 2015). "Secuenciación del genoma del mamut completada" . BBC News .
  7. ↑ Yates, Diana (23 de abril de 2009). "¿Qué hace que una vaca sea una vaca? La secuencia del genoma arroja luz sobre la evolución de los rumiantes" . EurekAlert! . Archivado del original (Comunicado de prensa) el 29 de noviembre de 2019. Recuperado el 22 de diciembre de 2012 .
  8. ↑ Elsik, CG; Elsik, RL; Tellam, KC; Worley, RA; Gibbs, DM; Muzny, GM; Weinstock, DL; Adelson, EE; Eichler, L.; Elnitski, R.; Guigó, DL; Hamernik, SM; Kappes, HA; Lewin, DJ; Lynn, FW; Nicholas, A.; Reymond, M.; Rijnkels, LC; Skow, EM; Zdobnov, L.; Schook, J.; Womack, T.; Alioto, SE; Antonarakis, A.; Astashyn, CE; Chapple, H. -C.; Chen, J.; Chrast, F.; Câmara, O.; et al. (2009). "La secuencia del genoma del ganado taurino: una ventana a la biología y evolución de los rumiantes" . Science . 324 (5926): 522– 528. Bibcode : 2009Sci...324..522A . doi : 10.1126/science.1169588 . PMC 2943200 . PMID 19390049 .   
  9. ↑ "Lanzamiento de 2007: Ensamblaje del genoma del caballo" . Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI) . Consultado el 19 de abril de 2018 .
  10. ↑ Scott, Alison D; Zimin, Aleksey V; Puiu, Daniela; Workman, Rachael; Britton, Monica; Zaman, Sumaira; Caballero, Madison; Read, Andrew C; Bogdanove, Adam J; Burns, Emily; Wegrzyn, Jill; Timp, Winston; Salzberg, Steven L; Neale, David B (1 de noviembre de 2020). "Una secuencia de genoma de referencia para la secuoya gigante" . G3 : Genes, Genomas, Genética . 10 (11): 3907– 3919. doi : 10.1534/g3.120.401612 . PMC 7642918. PMID 32948606 .  
  • GOLD: Base de datos de genomas en línea
  • Base de datos del Proyecto Genoma
  • La utilidad de nomenclatura de proteínas
  • SUPERFAMILIA
  • EchinoBase archivada el 25/10/2016 en Wayback Machine. Una base de datos genómica de equinodermos (anteriormente SpBase, una base de datos del genoma del erizo de mar).
  • NRCPB .
  • Alianza Global de Genómica de Invertebrados (GIGA) Archivado el 21/01/2021 en Wayback Machine
  • Instituto Wellcome Sanger
  • Campus del Genoma Wellcome