martes, 5 de febrero de 2013

Microarreglos de ADN

Autor:
PhD. Guillermo Choque Aspiazu
http://www.eldiario.net/
Publicado en:
Marzo 10 de 2008

Un microarreglo de ácido desoxirribonucléico (ADN) es una superficie sólida a la cual se unen una serie de fragmentos de ácido desoxirribonucléico. Las superficies empleadas para fijar el ácido desoxirribonucléico son muy variables y pueden ser vidrio, plástico e incluso chips de silicio. Los arreglos de ácido desoxirribonucléico son utilizados para averiguar la expresión de genes, monitorizandose los niveles de miles de ellos de forma simultanea.

La tecnología del microarreglo de ácido desoxirribonucléico consiste en el desarrollo de una técnica bastante usada en biología molecular. Con esta tecnología se puede observar de forma casi instantánea la expresión de todos los genes del genoma de un organismo. De tal forma que suelen ser utilizados para identificar genes que producen ciertas enfermedades mediante la comparación de los niveles de expresión entre células sanas y células que se encuentran desarrollando ciertos tipos de enfermedades. Los microarreglos de ácido desoxirribonucléico son fabricados usando una gran variedad de tecnologías. El gran desarrollo de esta técnica ha llegado a utilizar robots, que son los que realizan el trabajo de alinear cada uno de los genes en puntos que se separan unos de otros por distancias microscópicas.


Los microarreglos de ácido desoxirribonucléico se pueden usar para detectar ácido ribonucléico, que puede o no ser traducido a proteínas. Los científicos se refieren a esta clase de análisis como “análisis de expresión”. En los cuales pueden ser analizados desde diez a miles de genes, pero cada experimento de microarreglo de ácido desoxirribonucléico debe llevar adjunto los análisis genéticos en paralelo. Los microarreglos de ácido desoxirribonucléico han acelerado de todas formas muchas investigaciones. El uso de estos microarreglos para estudiar la expresión de diversos genes fue publicado el año 1995, en la prestigiosa revista científica "Science" y el primer organismo eucariota con todo el genoma Saccharomyces cerevisiae dispuesto en un microarreglo de ácido desoxirribonucléico fue publicado en 1997 en la misma revista.

Los microarreglos de ácido desoxirribonucléico pueden ser utilizados para “leer” las secuencias de un genoma particular en determinadas posiciones. Los arreglos de polimorfismos de nucleótidos simples son un tipo particular de matrices que son usadas para identificar variaciones individuales y a través de poblaciones. Los oligonucleotidos pequeños son capaces de identificar polimorfismos de un sólo nucleótido que podrían ser los responsables de variaciones genéticas dentro de una población, la fuente de susceptibilidad a distintas enfermedades genéticas e incluso a ciertos tipos de cáncer. En general, la aplicación de estas técnicas de genotipado es forense, ya que son rápidas en descubrir o medir la predisposición de enfermedades o incluso permitir el uso de ciertos medicamentos para tratar ciertas enfermedades según sea el ácido desoxirribonucléico del enfermo o donante. Los microarreglos de ácido desoxirribonucléico correspondientes a nucleótidos simples son también utilizados para la identificación de mutaciones somáticas en el cáncer, sobre todo la perdida de heterocigosis, la amplificación o la atenuación de regiones de ácido desoxirribonucléico en el genoma individual de pacientes afectados, es decir la detección de aberraciones cromosómicas.

Existen muchas variedades de microarreglos de ácido desoxirribonucléico o chips de ácido desoxirribonucléico como también se los denomina. Desde los microarreglos “artesanales” realizados en el laboratorio a los ofrecidos por compañías de biotecnología, el principio que rige su diseño es el mismo: la complementariedad de las cadenas aisladas de ácido desoxirribonucléico o la propiedad de las citadas cadenas de hibridarse con otras cadenas aisladas de ácido desoxirribonucléico que posean una estructura complementaria. Básicamente un microarreglo consiste en una matriz de “pocillos” microminiaturizados sobre un substrato de vidrio en donde se implantan, utilizando diversas técnicas, cadenas simples de oligonucleótidos. El poder adherir una cadena corta de oligo sobre una superficie plana es decisivo en el diseño de los microarreglos.

En la fabricación de microarreglos se emplean técnicas fotolitográficas análogas a las utilizadas en microelectrónica. Un sustrato de vidrio se trata químicamente con determinados grupos reactivos para permitir la implantación de los oligonucleótidos sobre el mismo; a continuación se deposita sobre el substrato una película fotodegradable y mediante la utilización de una plantilla y un haz luminoso, se crea la estructura de celdas del microarreglo. Existen dos técnicas para acoplar los oligos a cada una de las celdas: (1) Implantar en cada celda, mediante un brazo robotizado, el oligonucleótido presintetizado que corresponda. (2) Sintetizar en las propias celdas, mediante ciclos sucesivos de síntesis, los oligonucleótidos correspondientes.

El proceso de síntesis “in situ” de los nucleótidos en el microarreglo se realiza en las siguientes fases: (1) Elaboración previa de un mapa de distribución del tipo de oligonucleótido correspondiente a cada celda del microarreglo. (2) Preparación del sustrato y deposición de una película fotodegradable. (3) Aplicación de una máscara que permita eliminar selectivamente la película protectora en las zonas del microarreglo correspondiente a un determinado nucleótido. (4) Incubación química y acoplamiento del nucleótido previsto. (5) Una nueva capa fotodegradable es aplicada sobre el microarreglo. (6) Se repiten los pasos anteriores para cada nucleótido hasta obtener la secuencia prevista (7) Se elimina definitivamente la película fotodegradable (10).

Las pruebas genéticas son procesos que sirven para encontrar anomalías o mutaciones en el ácido desoxirribonucleico, de una persona, vinculadas a cierta enfermedad o trastorno. Las pruebas genéticas, aunque son una herramienta muy reciente, se han convertido en una disciplina bastante amplia, con un gran número de diferentes aplicaciones en la investigación del cáncer; desde detectar personas con una predisposición genética, normalmente heredada, para desarrollar un cáncer, hasta pronosticar el comportamiento de un tumor. En la actualidad se dispone de un tipo diferente de prueba genética basada en la actividad del genoma que descubre los aspectos críticos del comportamiento de la célula tumoral. El mismo examina también otro tipo de portador de información, el ácido ribonucléico. El ácido ribonucléico revela la actividad de los genes en el tumor. Ya que el comportamiento del tumor está determinado por la actividad de sus genes, se puede obtener información muy importante sobre este comportamiento analizando el ácido ribonucléico del tumor. El uso de microarreglos de ácido desoxirribonucléico para analizar la actividad genética en muestras individuales de tumor permite obtener información sobre el lugar de origen del cáncer, o información sobre su posible comportamiento.

El ácido desoxirribonucléico que se encuentra en cada célula del cuerpo humano contiene los mismos 25000 genes, aunque su actividad es cambiante en cada célula. La actividad de los genes determina el comportamiento de una célula, ya que los genes que expresan se traducen por medio del ácido ribonucléico mensajero a proteínas de la célula. Las proteínas determinan casi todos los aspectos de la vida. De esta forma, los cánceres de mama más agresivos siguen pautas diferentes de actividad genética que otros cánceres de mama menos agresivos, por lo tanto es posible determinar el grado de agresividad de un cáncer de mama si se estudia la actividad de los genes en el cáncer. El año 2002, los investigadores Van't Veer, Bernards, van de Vijver y Friend publicaron sendos artículos en las revistas Nature y New England Journal of Medicine, acerca de un método de determinación de perfil genómico basado en ácido ribonucléico mensajero que pronostica el desarrollo clínico del cáncer de mama por medio de microarreglos de ácido desoxirribonucléico.

La técnica de reparación clásica o, de manera general, el experimento con la tecnología basada en microarreglos, consta de los siguientes pasos: (1) Diseño. (2) Fabricación. (3) Preparación de la muestra. (4) Hibridación y lavado. (5) Revelado. (6) Almacenamiento de resultados. (7) Análisis de resultados. Se destaca que en este punto se aplica una mayor cantidad de elementos de software bioinformático destinados a la extracción de conocimiento del experimento realizado.

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