El Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG-CRG) -con sede en el Parque Científico de Barcelona e integrado en el Centro de Regulación Genómica (CRG)- formará parte del Center for Genome Imaging (CGI), una nueva infraestructura ubicada en la Universidad de Harvard que desarrollará tecnologías que permitirán la visualización, el análisis y el modelaje del genoma humano completo a una resolución increíblemente alta.

La colaboración transatlántica es un importante paso hacia el objetivo último de visualizar el genoma humano completo a superresolución. Junto a Ting Wu en la Harvard Medical School, Nicola Neretti de la Brown University y Erez Lieberman Aiden del Baylor College of Medicine, el profesor de investigación ICREA Marc A. Marti-Renom -jefe del grupo de Genómica Estructural con afiliación conjunta en el CNAG-CRG y el CRG- ha recibido 11,2 millones de dólares, a través de una ayuda de cinco años de duración del National Human Genome Research Institute (NHGRI) de EEUU para crear este centro. La mitad de los fondos de la ayuda se destinará a la Harvard Medical School, y el resto se dividirá entre los otros tres grupos.

“Estamos entusiasmados de ser parte del nuevo Centro. Con los fondos del programa de Centros de Excelencia en Ciencias Genómicas (CEGS, por sus siglas en inglés) del NIH, que raramente se conceden a grupos de fuera de EEUU, seremos capaces de desarrollar e innovar más nuestros métodos computacionales para abordar el excepcional reto de visualizar el genoma humano completo en su entorno natural”, afirma  Marti-Renom.

Una mejor comprensión de la estructura, el mecanismo y la función en detalle del genoma humano puede esclarecer misterios biológicos sobre la función genética y revelar importantes pistas sobre los orígenes de los cambios genéticos que dan lugar a las disfunciones y las enfermedades. Una comprensión tan detallada comienza con la posibilidad de visualizar el genoma completo en superresolución.

La estructura del genoma es el epicentro de todo, desde la formación adecuada del esperma y el óvulo a la replicación, la división celular, y el desarrollo desde el embrión a la edad adulta. Cada célula sana contiene una copia materna y una paterna del genoma. La posibilidad de observar cómo se pliegan y empaquetan durante estos eventos biológicos, y cómo estos procesos pueden torcerse, podrían abrir nuevas vías para descubrir cómo surgen ciertas enfermedades genéticas.

Las tecnologías actuales para observar el genoma en superresolución y de manera secuencial y específica están limitadas porque sólo pueden observar prácticamente un puñado de genes o, como mucho, un mero 1 por ciento del genoma a la vez. Según Wu, esto es un problema porque las respuestas genómicas a la enfermedad o a pautas del desarrollo, como las que ocurren durante la formación del embrión y el desarrollo, pueden implicar de cientos a miles de genes dispersos por todo el genoma.

La superresolución puede revelar nuevos mundos de actividad en el genoma. Por ejemplo, las imágenes de superresolución pueden desvelar cómo errores en la división celular pueden resultar en óvulos o esperma que contienen muy pocos o demasiados cromosomas, o causar daños cromosómicos, que pueden provocar enfermedades genéticas o cáncer.

Ciertos virus, especialmente el VIH, infectan a los humanos insertándose en fracturas que crean en el genoma. Las imágenes de superresolución pueden clarificar qué ocurre a la estructura de las regiones genómicas cuando se fracturan y allanar el camino a nuevos tratamientos.

La superresolución también podría producir conocimientos sobre secuencias repetitivas de ADN, las cuales constituyen cerca de la mitad del genoma, a pesar de que su rol preciso permanece un poco nebuloso. El número, la disposición y el empaquetamiento de estas secuencias repetitivas han sido relacionadas con las enfermedades genéticas, así que conocer cómo están organizadas podría ayudar a los investigadores a conocer mejor los orígenes moleculares de dichas enfermedades.

Cada uno de los grupos de investigación en las cuatro instituciones participantes ofrece un área de especialización única y complementaria, que va desde la genética y la genómica a la mecánica cromosómica, la visualización por superresolución, y el modelaje tridimensional, entre otros.

En los últimos años, los cuatro laboratorios han estado desarrollando tecnologías de visualización por superresolución y métodos computacionales, tales como el OligoFISSEQ, un nuevo método para cartografiar genomas descrito por Marti-Renom y Wu el pasado año en Nature Methods (enlace a la noticia sobre el método). El fin último es visualizar el genoma humano completo a superresolución.

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