Plataforma de secuenciación de nueva generación

Las bases de ADN están separadas por solo 3,4 angstroms, el ancho de unos pocos átomos. Los procedimientos de secuenciación de ADN no pueden resolver fácilmente esta dimensión. La tecnología de secuenciación por expansión, o SBX, supera esta limitación creando una molécula sustituta llamada expandómero. Esta molécula es más de 50 veces más larga que su ADN diana y codifica la información de la secuencia de ADN en indicadores grandes con alta relación señal a ruido. 

Los bloques de construcción para el expandómero son nucleótidos novedosos llamados X-NTP. Un procedimiento de replicación de ADN modificado sintetiza el expandómero enlazando secuencialmente los X-NTP a lo largo de un molde de ADN diana usando un procedimiento enzimático patentado. Esto forma una hélice bicatenaria. Cada uno de los cuatro tipos de X-NTP representados como A, C, G y T tiene un anclaje que está enlazado entre la base y el fosfato alfa. El anclaje admite un indicador con alta relación señal a ruido que imita la identidad de secuencia base. 

En el centro de cada indicador está el elemento de control de translocación, o TCE, que modula el movimiento del expandómero durante la secuenciación. A medida que avanza la extensión, solo se incorpora un X-NTP que complementa correctamente la siguiente base en el molde de ADN. 

La información de secuencia del ADN se expresa ahora en la secuencia indicadora del X-NTP. Este procedimiento de unión de X-NTP continúa secuencialmente y se extiende a lo largo de toda la longitud del molde de ADN. Después de la síntesis, se añade un reactivo, que degrada el molde de ADN, y se rompe el enlace escindible entre cada una de las bases de X-NTP, permitiendo que la cadena principal se expanda. Este producto se llama expandómero. A continuación, el expandómero se enhebra eléctricamente a través de un nanoporo biológico de manera determinista. El elemento de control de translocación mantiene el indicador en el nanoporo, alterando la resistencia eléctrica del poro para proporcionar una de las cuatro señales que identifican de forma única la base correspondiente en la secuencia de ADN original. 

Después de la medición, se aplica un pulso de alto voltaje corto y el expandómero se avanza de forma fiable al siguiente indicador. Este procedimiento se realiza de manera altamente paralela a través de millones de pocillos en un único módulo sensor basado en CMOS (semiconductor óxido metálico complementario) y puede proporcionar tasas de secuenciación en tiempo real notables de cientos de millones de bases por segundo. 

La innovadora tecnología de SBX de Roche puede escalarse de forma flexible para satisfacer una amplia gama de aplicaciones, lo que establece un nuevo paradigma para la tecnología de secuenciación de nueva generación.

La secuenciación de nueva generación ha revolucionado nuestra comprensión de la biología. Durante años, la secuenciación por síntesis o SBS ha sido la tecnología más ampliamente utilizada. Sin embargo, la invención de la secuenciación por expansión, o SBX, promete un nuevo enfoque para dar forma al futuro de la genómica, pero ¿cuál es la diferencia? ¿Y por qué es importante? Comencemos por ver cómo funciona la secuenciación del ADN. La secuenciación de una muestra de ADN genera su secuencia única de bases. El orden de las A, T, C y G y la rapidez con la que se puedan detectar las diferencias que hacen que una secuencia sea única, en comparación con una referencia, permiten obtener antes los conocimientos. Esto podría significar impulsar un progreso más rápido en la investigación relacionada con la oncología y lograr avances más rápidos que den forma a la atención médica para la próxima generación.

Ahora, imagina la secuenciación del ADN como un juego de detectar las diferencias. La secuencia de referencia es la imagen original, el ADN de nuestra muestra es la imagen de diferencia. ¿Nuestro objetivo? Detectar las diferencias entre ellas. Cuando se tienen las imágenes de referencia y de la muestra juntas una al lado de la otra, compararlas es muy sencillo, pero las diferencias clave radican en cómo se crea esa imagen de muestra, es decir, cómo se generan las lecturas de secuenciación.

Comencemos con la imagen de la muestra de SBS. La SBS secuencia la muestra en ciclos iterativos, construyendo la secuencia pieza por pieza. Imagina esto como una impresora que imprime la imagen línea por línea. Debes esperar hasta que la imagen aparezca lo suficiente antes de poder comenzar a ver la imagen de la muestra completa. Solo entonces puedes comenzar a detectar todas las diferencias frente a la imagen de referencia.

La SBX funciona de una manera drásticamente diferente. En primer lugar, las muestras se convierten en moléculas llamadas expandómeros. A continuación, después de cargar los expandómeros en el secuenciador, las lecturas de longitud completa comienzan a medirse segundos después de secuenciar la muestra convertida. La SBX logra esta velocidad separando las etapas de síntesis y secuenciación. En lugar de imprimir nuestra imagen de muestra línea por línea, la SBX comienza a generar la imagen completa desde el principio, con una claridad que aumenta rápidamente y que significa que puedes compararla con la imagen de referencia con confianza casi de inmediato.

Al observar la SBS y SBX una al lado de la otra durante el mismo período de tiempo, podemos ver las diferencias en la acción. A la izquierda está nuestra imagen de muestra de SBS, solo podemos ver una pequeña parte de la imagen, todavía estamos esperando a que la impresora termine su trabajo. Por el contrario, a la derecha, la imagen de la muestra de SBX es visible en su totalidad y puedes comparar la imagen de la muestra con la referencia desde el principio, incluso a medida que la imagen se vuelve más detallada.

Pero, ¿qué significa esto en el mundo real de la genómica? Con la SBX, como la vista inicial de la imagen completa está disponible en minutos, o incluso segundos, el análisis posterior puede comenzar casi de inmediato. Esto es en comparación con la SBS, que debe esperar hasta que la secuenciación haya progresado lo suficiente para comenzar el análisis posterior. Esta capacidad de generar datos y pasar de la muestra al análisis de datos en una fracción del tiempo, al tiempo que proporciona una alta precisión y flexibilidad, supone un cambio fundamental en el flujo de trabajo de secuenciación.

La SBX, en última instancia, acelerará el descubrimiento científico, aprovechando posibilidades en la secuenciación, que antes eran inalcanzables. Estamos avanzando hacia un momento en el que la comprensión genómica rápida y precisa establezca nuevos estándares en la medicina personalizada, la salud y nuestro bienestar colectivo. Así que haz sitio, porque el futuro de la genómica está aquí y es más rápido que nunca.