¿Qué es la Tecnología de Secuenciación de Nueva Generación (NGS)?

La tecnología de secuenciación de nueva generación (Next-Generation Sequencing, NGS) ha revolucionado el campo de la genómica y la biología molecular, permitiendo realizar análisis genéticos a una velocidad, precisión y costo sin precedentes. NGS hace referencia a un conjunto de técnicas avanzadas que permiten secuenciar el ADN de manera rápida y eficiente, y ha abierto nuevas puertas para el diagnóstico de enfermedades, la investigación biomédica, la personalización de tratamientos médicos (medicina de precisión) y el estudio de la biodiversidad. En este artículo, exploraremos qué es NGS, cómo funciona, sus aplicaciones y las ventajas que ofrece.

¿Qué es la secuenciación de nueva generación (NGS)?

La secuenciación de nueva generación (NGS) es un término general que engloba un conjunto de tecnologías que permiten leer el código genético (ADN o ARN) de manera masiva y paralela, es decir, secuenciar millones o incluso miles de millones de fragmentos de ADN simultáneamente. A diferencia de la secuenciación tradicional (como la secundaria de Sanger), que secuencia un solo fragmento de ADN a la vez, NGS es capaz de generar enormes cantidades de datos en muy poco tiempo y con menor costo.

Esta capacidad de secuenciar a gran escala y de manera paralela ha permitido la expansión de la genómica a múltiples áreas de la biología y la medicina, desde estudios de variabilidad genética en especies hasta la caracterización detallada de tumores en oncología.

Principales tecnologías de NGS

Existen varias plataformas comerciales que emplean NGS para secuenciar ADN, y cada una de ellas tiene sus propias características. Algunas de las más utilizadas son:

1. Illumina (Sequencing by Synthesis – SBS)Illumina es la plataforma de NGS más popular y ampliamente utilizada. Su tecnología se basa en el método de secuenciación por síntesis (SBS), donde las cadenas de ADN se sintetizan a medida que se van leyendo, utilizando nucleótidos marcados con colores fluorescentes que permiten identificar qué base se está incorporando en cada paso de la síntesis.
   • Ventajas: Alta precisión y capacidad para generar grandes cantidades de datos de forma rápida.
   • Desventajas: Requiere una buena calidad de muestra de ADN para obtener resultados óptimos.
2. Ion Torrent La tecnología Ion Torrent se basa en un método de secuenciación que detecta cambios en el pH cuando un nucleótido se incorpora a una cadena de ADN. A medida que los nucleótidos se agregan, el pH cambia y esto se captura electrónicamente, lo que permite leer la secuencia.
   • Ventajas: Rápido y económico en comparación con otras plataformas.
   • Desventajas: Menos precisión en algunas aplicaciones complejas, como la detección de variantes raras.
3. PacBio (Single Molecule Real-Time – SMRT)PacBio utiliza la tecnología de real-time (RT) o secuenciación de una sola molécula. A diferencia de las técnicas de secuenciación que requieren amplificación de ADN, PacBio lee directamente una molécula de ADN única en tiempo real, lo que puede ofrecer lecturas más largas y completas.
   • Ventajas: Secuenciación de longitudes de lectura más largas y mejor capacidad para resolver regiones complejas del genoma.
   • Desventajas: Mayor costo y menor rendimiento en comparación con plataformas como Illumina.
4. Oxford Nanopore La tecnología de Oxford Nanopore se basa en un enfoque novedoso donde las moléculas de ADN pasan a través de una pequeña porosidad, y el cambio en la corriente eléctrica a medida que el ADN atraviesa el poro permite identificar las bases del ADN en tiempo real.
   • Ventajas: Permite lecturas extremadamente largas, lo que es útil para secuenciar regiones difíciles de leer con otras tecnologías.
   • Desventajas: Mayor tasa de error en comparación con otras plataformas, aunque se están haciendo mejoras constantes.

¿Cómo funciona la secuenciación de nueva generación?

Aunque cada plataforma de NGS tiene su propio enfoque técnico, el proceso básico de secuenciación sigue pasos similares. Aquí te explicamos el flujo de trabajo típico:

1. Preparación de la muestra: El primer paso consiste en aislar el ADN (o ARN) de la muestra biológica de interés (puede ser sangre, tejido, saliva, etc.). En algunos casos, también se realiza una amplificación de la muestra, es decir, una copia masiva de ciertas regiones del ADN para asegurar que haya suficiente cantidad para la secuenciación.
2. Fragmentación del ADN: El ADN se corta en fragmentos más pequeños (de aproximadamente 200-500 bases), que pueden ser secuenciados de forma independiente. Este paso es clave para poder analizar secuencias largas, complejas y no repetitivas.
3. Adición de adaptadores y bibliotecas: A los fragmentos de ADN se les agregan secuencias de adaptadores que permiten su unión a la plataforma de secuenciación. Estos adaptadores también ayudan a identificar las secuencias originales y facilitando el proceso de amplificación.
4. Secuenciación: En este paso, los fragmentos de ADN se colocan en la plataforma de NGS, que los lee utilizando la tecnología adecuada (como secuenciación por síntesis, detección de pH, etc.), generando millones de lecturas cortas (también llamadas “reads”).
5. Alineación y ensamblaje: Las lecturas generadas se alinean con un genoma de referencia (si está disponible) o se ensamblan para formar un genoma completo. Este proceso permite obtener una secuencia precisa y la identificación de variaciones genéticas como mutaciones, polimorfismos, inserciones o deleciones.
6. Análisis e interpretación: Finalmente, los datos secuenciados se analizan utilizando software especializado que permite detectar mutaciones o características genéticas de interés. Estos análisis pueden revelar información sobre enfermedades hereditarias, predisposición a condiciones genéticas o incluso ayudar a identificar tratamientos personalizados.

Ventajas de NGS

• Alta capacidad de generación de datos: NGS permite generar millones de lecturas simultáneamente, lo que posibilita estudios a gran escala, como la secuenciación de genomas completos o estudios de expresión génica.
• Mayor rapidez y reducción de costos: A diferencia de las tecnologías anteriores, como la secuenciación de Sanger, NGS es mucho más rápido y económico, lo que la convierte en una herramienta accesible para muchos laboratorios y clínicas.
• Mayor precisión y resolución: NGS puede detectar variantes genéticas con mayor precisión, incluyendo aquellas que no son fácilmente detectables con tecnologías anteriores, como mutaciones raras o pequeñas inserciones y deleciones.
• Capacidad para analizar genomas completos: Se pueden analizar genomas completos de individuos o de poblaciones, permitiendo estudios de variabilidad genética y de enfermedades complejas.
• Personalización de tratamientos (medicina de precisión): Gracias a NGS, es posible realizar análisis genéticos más detallados y personalizados, lo que permite tratamientos adaptados a las características genéticas individuales de los pacientes.

Aplicaciones de NGS

1. Medicina personalizada y diagnóstico molecular: NGS se utiliza ampliamente en el diagnóstico de enfermedades genéticas, cáncer y trastornos raros. Permite la identificación de mutaciones o alteraciones en el ADN que puedan estar relacionadas con enfermedades específicas, lo que facilita la personalización del tratamiento.
2. Oncología: En el cáncer, NGS permite la caracterización genética de tumores, ayudando a identificar mutaciones driver (mutaciones que impulsan el crecimiento del tumor) y a seleccionar terapias dirigidas más efectivas.
3. Investigación genética y farmacogenómica: NGS permite estudiar la diversidad genética entre individuos y poblaciones, lo que tiene implicaciones para la comprensión de la evolución, la farmacogenética (cómo los genes afectan la respuesta a los medicamentos) y la búsqueda de nuevos objetivos terapéuticos.
4. Microbioma: La secuenciación de nueva generación también se aplica al estudio del microbioma, la comunidad de microorganismos que habita en nuestros cuerpos. NGS permite obtener una visión detallada y precisa de las especies que componen el microbioma, lo que abre la puerta a tratamientos más específicos basados en el microbioma.
5. Estudios de biodiversidad: NGS se utiliza para estudios de biodiversidad y conservación, permitiendo secuenciar los genomas de especies raras, en peligro de extinción o de difícil acceso, lo que facilita la conservación de especies y la comprensión de los ecosistemas.

Desafíos y Limitaciones

A pesar de sus muchos avances y aplicaciones, NGS también enfrenta algunos desafíos:

• Análisis de grandes volúmenes de datos: El procesamiento y análisis de los enormes volúmenes de datos generados por NGS requiere recursos computacionales avanzados y software especializado.
• Interpretación de datos: Aunque la secuenciación de un genoma completo es posible, interpretar todos los datos y asociarlos con enfermedades o características específicas sigue siendo un reto.
• Costo: Aunque el costo ha disminuido considerablemente, las plataformas NGS de alta calidad aún pueden ser costosas para algunas aplicaciones clínicas o en entornos con recursos limitados.

Conclusión

La tecnología de secuenciación de nueva generación (NGS) ha transformado la genómica y ha dado un gran paso hacia el entendimiento de las bases genéticas de muchas enfermedades. Su capacidad para analizar millones de secuencias simultáneamente ha permitido avances significativos en la medicina personalizada, la oncología, la investigación genética y la biodiversidad. A pesar de algunos desafíos, como el manejo de grandes volúmenes de datos y la interpretación precisa de los resultados, NGS sigue siendo una herramienta fundamental para la biomedicina moderna y continúa abriendo nuevas posibilidades para el diagnóstico, tratamiento y prevención de enfermedades.