Secuenciación directa mide tasas de mutación en humanos

Un equipo internacional de 16 científicos reportó la primera medición directa de la tasa general de mutaciones genéticas en las letras individuales del ADN en los humanos. El equipo secuenció el mismo pedazo de ADN--10.000.000 letras aproximadamente (nucleótidos) del cromosoma Y- de dos hombres separados por 13 generaciones, y contaron el número de diferencias. Entre todos estos nucleótidos, encontraron solamente cuatro mutaciones.

En 1935, uno de los fundadores de la genética moderna, J. B. S. Haldane estudió hombres en Londres (RU) con la enfermedad sanguínea hemofilia, y calculó que habría una incidencia de una en 50.000 mutaciones causando hemofilia en el gen afectado--el equivalente de una tasa de mutaciones de posiblemente una en 25 millones de nucleótidos en todo el genoma. Otros han medido tasas en unos pocos genes específicos adicionales o compararon el ADN de humanos y chimpancés para producir cálculos generales de la tasa de mutaciones expresadas y más directamente en los nucleótidos de ADN.

Extraordinariamente, la nueva investigación, publicada en la edición del 27 de agosto de 2009, de la revista Current Biology reveló que estos cálculos tempranos fueron correctos--en total los humanos cargan, todos,100-200 mutaciones nuevas en su ADN. Esto es equivalente a una mutación por cada 15-30 millones de nucleótidos. Afortunadamente la mayoría de ellas son inofensivas y no tienen efecto aparente en la apariencia de salud del individuo. "La cantidad de datos que generamos hubiese sido inimaginable hace apenas unos pocos años”, dijo el Dr. Yali Xue, del Instituto Wellcome Trust Sanger (Cambridge, RU), y uno de los líderes del proyecto. "Pero encontrar este número tan pequeño de mutaciones fue más difícil que encontrar un huevo de hormiga en el almacén de arroz del emperador”.

El miembro del equipo, Qiuju Wang, reclutó a una familia de China que había vivido en el mismo pueblo por siglos. El equipo estudió dos parientes distantes-hombres--separados por trece generaciones--cuyo antecesor común vivió hace 200 años. Para establecer la tasa de mutaciones, el equipo examinó un área en el cromosoma Y. El cromosoma Y es único, en que, aparte de mutaciones raras, es transmitido sin cambio del padre al hijo, por lo que las mutaciones se acumulan lentamente durante las generaciones. A pesar de muchas generaciones de separación, los investigadores solo descubrieron 12 diferencias entre todas las letras de ADN examinadas. Los dos cromosomas Y seguían siendo idénticos en 10.149.073 de las 10.149.085 letras examinadas. De las 12 diferencias, ocho se habían originado en las líneas celulares usadas para el trabajo. Solamente cuatro eran mutaciones verdaderas que habían ocurrido naturalmente durante las generaciones.

Los científicos han sabido durante mucho tiempo que las mutaciones ocurren ocasionalmente en cada ser humano, pero tenían que adivinar la frecuencia. Ahora, gracias a los avances en la tecnología para leer el ADN, se posibilitó esta nueva investigación, según los investigadores.

Entender las tasas de mutaciones es clave para muchos aspectos de la evolución humana y la investigación médica: la mutación es la última fuente de toda la variación genética y suministra un reloj molecular para medir los horarios evolutivos. Las mutaciones pueden conducir directamente a enfermedades como el cáncer. Con mediciones mejores de las mutaciones, los científicos podrían mejorar la calibración del reloj evolutivo, o ensayar formas para reducir las mutaciones, por ejemplo.

Aún con la última tecnología de secuenciación de ADN, los investigadores tuvieron que diseñar una estrategia especial para buscar las mutaciones raras. Usaron secuenciaciones de siguiente generación para establecer el orden de las letras en los dos cromosomas Y, y después las compararon con la secuencia de referencia del cromosoma Y.

Habiendo identificado 23 polimorfismos nucleótidos sencillos (SNPs) candidatos--o cambios en una sola letra del ADN--los investigadores amplificaron las regiones que contenían estos candidatos y verificaron las secuencias usando el método estándar de Sanger. Se confirmaron cuatro mutaciones de ocurrencia natural. Conociendo este número de mutaciones, la longitud del área en la que habían buscado y el número de generaciones que separan a los individuos, el equipo logró calcular la tasa de mutaciones.

"Estas cuatro mutaciones nos dan la tasa exacta de mutaciones--una por casi 30 millones de nucleótidos en cada generación-lo que habíamos esperado”, dijo el coordinador del estudio, Chris Tyler-Smith, también del Instituto Wellcome Trust Sanger. Esto fue muy reasegurador porque los métodos que usamos--adaptando tecnología de secuenciación de siguiente generación--no se había probado anteriormente para este tipo de investigación. Las mutaciones nuevas son responsables por una serie de enfermedades genéticas. La capacidad de medir confiablemente tasas de mutación del ADN significa que podemos empezar a preguntarnos como varían las tasas de mutaciones entre las diferentes regiones del genoma, y talvez también entre los diferentes individuos”.

Los Centros participantes en el proyecto incluyen: el Instituto Wellcome Trust Sanger (Hinxton, Cambridgeshire, RU); el Hospital General Militar del Ejército de Liberación Chino (Beijing, China) y el Instituto de Genómica Beijing en Shenzhen (China).

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Wellcome Trust Sanger Institute