Se utilizó un nuevo enfoque de secuenciación ultrarrápida del genoma desarrollado por científicos de Stanford Medicine y sus colaboradores para diagnosticar enfermedades genéticas raras en un promedio de ocho horas, una hazaña casi desconocida en la atención clínica estándar.
"Unas pocas semanas es lo que la mayoría de los médicos llaman 'rápido' cuando se trata de secuenciar el genoma de un paciente y obtener resultados", dijo Euan Ashley, MB ChB, DPhil, profesor de medicina, genética y ciencia de datos biomédicos en Stanford.
La secuenciación del genoma permite a los científicos ver la composición completa del ADN de un paciente, que contiene información sobre todo, desde el color de los ojos hasta enfermedades hereditarias. La secuenciación del genoma es vital para diagnosticar pacientes con enfermedades arraigadas en su ADN: una vez que los médicos conocen la mutación genética específica, puedenadaptar los tratamientos en consecuencia.
Ahora, un enfoque de mega secuenciación ideado por Ashley y sus colegas ha redefinido "rápido" para el diagnóstico genético: su diagnóstico más rápido se realizó en poco más de siete horas. Los diagnósticos rápidos significan que los pacientes pueden pasar menos tiempo en las unidades de cuidados intensivos, requieren menospruebas, se recuperan más rápidamente y gastan menos en atención. En particular, la secuenciación más rápida no sacrifica la precisión.
Un artículo que describe el trabajo de los investigadores se publicará el 12 de enero en La Revista de Medicina de Nueva Inglaterra. Ashley, decano asociado de la Escuela de Medicina de Stanford y profesor Roger y Joelle Burnell en Genómica y Salud de Precisión, es el autor principal del artículo. El investigador postdoctoral John Gorzynski, DVM, PhD, es el autor principal.
Partiendo para establecer un récord
Durante el lapso de menos de seis meses, el equipo inscribió y secuenció los genomas de 12 pacientes, cinco de los cuales recibieron un diagnóstico genético a partir de la información de secuenciación en aproximadamente el tiempo que lleva completar un día en la oficina. Notodas las dolencias tienen una base genética, lo que probablemente sea la razón por la que algunos de los pacientes no recibieron un diagnóstico después de que se les devolvió la información de secuenciación, dijo Ashley.diagnosticar enfermedades misteriosas.
En uno de los casos, se necesitaron 5 horas y 2 minutos para secuenciar el genoma de un paciente, lo que estableció el primer título Guinness World Records para la técnica de secuenciación de ADN más rápida. El récord fue certificado por el Genoma del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología.en un grupo de botellas y está documentado por Guinness World Records.
"Fue uno de esos momentos increíbles en los que las personas adecuadas de repente se unieron para lograr algo increíble", dijo Ashley. "Realmente sentí que nos acercábamos a una nueva frontera".
El tiempo que tomó diagnosticar ese caso fue de 7 horas y 18 minutos, que, según el conocimiento de Ashley, es aproximadamente el doble que el récord anterior para un diagnóstico basado en la secuenciación del genoma 14 horas en poder del Rady Children's Institute.Catorce horas sigue siendo un tiempo de respuesta impresionantemente rápido, dijo Ashley.Los científicos de Stanford planean ofrecer un tiempo de respuesta de menos de 10 horas a los pacientes en unidades de cuidados intensivos en el Hospital de Stanford y el Hospital Infantil Lucile Packard de Stanford, y, con el tiempo, también a otros hospitales..
Acelerando
Para lograr velocidades de secuenciación ultrarrápidas, los investigadores necesitaban hardware nuevo. Así que Ashley se puso en contacto con colegas de Oxford Nanopore Technologies que habían construido una máquina compuesta por 48 unidades de secuenciación conocidas como celdas de flujo. La idea era secuenciar el genoma de una sola persona usando todoscélulas de flujo simultáneamente. El enfoque de mega-máquina fue un éxito, casi demasiado. Los datos genómicos abrumaron los sistemas computacionales del laboratorio.
"No pudimos procesar los datos lo suficientemente rápido", dijo Ashley. "Tuvimos que repensar y renovar por completo nuestras canalizaciones de datos y sistemas de almacenamiento". La estudiante de posgrado Sneha Goenka encontró una manera de canalizar los datos directamente a una nubebasado en un sistema de almacenamiento donde el poder computacional podría amplificarse lo suficiente como para filtrar los datos en tiempo real. Luego, los algoritmos escanearon de forma independiente el código genético entrante en busca de errores que pudieran causar enfermedades y, en el paso final, los científicos realizaron una comparación de los datos del paciente.variantes genéticas contra variantes documentadas públicamente que se sabe que causan enfermedades.
Desde el principio hasta el final, el equipo buscó acelerar todos los aspectos de la secuenciación del genoma de un paciente. Los investigadores literalmente llevaron muestras a pie al laboratorio, se instalaron nuevas máquinas para permitir la secuenciación simultánea del genoma y se amplió la potencia informática para procesar datos masivos de manera eficiente.Ahora, el equipo está optimizando su sistema para reducir el tiempo aún más. "Creo que podemos reducirlo a la mitad nuevamente", dijo Ashley. "Si somos capaces de hacer eso, estamos hablando de poder obtener unrespuesta antes del final de una ronda de sala de hospital. Eso es un salto dramático".
secuenciación de lectura larga
Quizás la característica más importante de la capacidad del enfoque de diagnóstico para detectar rápidamente fragmentos sospechosos de ADN es el uso de algo llamado secuenciación de lectura larga. Las técnicas tradicionales de secuenciación del genoma cortan el genoma en pequeños fragmentos, explican el orden exacto del ADNpares de bases en cada fragmento, luego reconstruye todo usando un genoma humano estándar como referencia. Pero ese enfoque no siempre captura la totalidad de nuestro genoma, y la información que proporciona a veces puede omitir variaciones en los genes que apuntan aun diagnóstico La secuenciación de lectura larga conserva grandes tramos de ADN compuestos por decenas de miles de pares de bases, lo que proporciona una precisión similar y más detalles para los científicos que examinan la secuencia en busca de errores.
"Las mutaciones que ocurren en una gran parte del genoma son más fáciles de detectar usando la secuenciación de lectura larga. Hay variantes que serían casi imposibles de detectar sin algún tipo de enfoque de lectura larga", dijo Ashley. También es mucho más rápido: "Esa fue una de las principales razones por las que optamos por este enfoque".
Recientemente, las empresas y los investigadores han perfeccionado la precisión del enfoque de lectura larga lo suficiente como para confiar en él para el diagnóstico. Eso y una reducción de su precio, que alguna vez fue alto, crearon una oportunidad para el equipo de Ashley. Hasta donde él sabe, este estudio esel primero en demostrar la viabilidad de este tipo de secuenciación de lectura larga como un elemento básico de la medicina de diagnóstico.
Durante el estudio, el equipo de Ashley ofreció la técnica de secuenciación acelerada del genoma a pacientes no diagnosticados en las unidades de cuidados intensivos de los hospitales de Stanford. Proporcionaron pruebas de atención estándar establecidas a los pacientes del estudio junto con la secuenciación genética rápida experimental, con la que buscaron respuestas ados preguntas importantes: ¿Es la genética la culpable de la dolencia del paciente? Si es así, ¿qué errores específicos de ADN están provocando problemas?
Las pruebas estándar analizan la sangre de un paciente en busca de marcadores asociados con la enfermedad, pero solo buscan un puñado de genes bien documentados. Los laboratorios comerciales, que a menudo realizan estas pruebas, tardan en actualizar las moléculas que detectan, lo que significa que puedentomará mucho tiempo antes de que las mutaciones causantes de enfermedades recientemente descubiertas se integren en la prueba y eso puede conducir a diagnósticos erróneos.
Es por eso que la secuenciación rápida del genoma podría cambiar las reglas del juego para los pacientes que padecen enfermedades genéticas raras, dijo Ashley. Los científicos pueden escanear el genoma completo de un paciente en busca de cualquiera y todas las variantes genéticas sugeridas por la literatura científica, incluso si ese gen es solodescubierto el día anterior. Además, si un paciente no recibe inicialmente un diagnóstico genético, todavía hay esperanza de que los científicos encuentren una nueva variante genética relacionada con la enfermedad del paciente en el futuro.
El interés de otros médicos ya está comenzando a aumentar. "Sé que la gente de Stanford ha escuchado que podemos hacer un diagnóstico genético en unas pocas horas, y están entusiasmados con eso", dijo Ashley. "Las pruebas genéticas simplemente no son"Es por eso que la secuenciación rápida del genoma podría cambiar las reglas del juego para los pacientes que padecen una enfermedad genética rara", dijo Ashley. Los científicos pueden escanear el genoma completo de un paciente paratodas y cada una de las variantes genéticas sugeridas por la literatura científica, incluso si ese gen se descubrió el día anterior. Además, si un paciente no recibe inicialmente un diagnóstico genético, todavía hay esperanza de que los científicos encuentren una nueva variante genética relacionada con el paciente.enfermedad en el futuro.
Otros autores de Stanford del estudio son la científica de datos clínicos Dianna Fisk, PhD; el estudiante graduado Tanner Jensen; Jonathan Bernstein, MD, PhD, profesor de pediatría; el fisiólogo del ejercicio clínico Jeffrey Christle, PhD; la ingeniera de software Karen Dalton; la consejera genética Megan Grove; Maura Ruzhnikov, MD, profesora asistente clínica de neurología y ciencias neurológicas; Elizabeth Spiteri, MD, profesora asistente clínica de patología; y la residente de pediatría Katherine Xiong, MD.
Investigadores de Google, UC Santa Cruz, Oxford Nanopore Technology y Baylor College of Medicine también contribuyeron a este estudio.
Este estudio fue apoyado por Oxford Nanopore Technologies, Google y NVIDIA.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Medicina de Stanford. Original escrito por Hanae Armitage. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
referencia de diario:
Citar esta página:
Visita Nuevo científico for more global science stories >>>