Secuenciación por nanoporos: una herramienta poderosa en el diagnóstico de enfermedades infecciosas
La tecnología de secuenciación por nanoporos detecta e identifica microorganismos patógenos resistentes a antibióticos de manera rápida y precisa
Oxford Nanopore Technologies
La secuenciación por nanoporos es una tecnología de secuenciación de DNA/RNA de cuarta generación que no requiere amplificación por PCR ni etiquetado químico de la molécula, permite generar secuencias de lectura largas de forma rápida, tiene un alto rendimiento y necesita poco material.
Este método se basa en el paso de una sola cadena de DNA o RNA a través de un nanoporo de aproximadamente un nanometro de diámetro, ubicado en una membrana.
En comparación con las tecnologías tradicionales de lectura corta, la secuenciación por nanoporos no tiene restricciones de longitud de lectura. Además, ofrece resultados en tiempo real, con acceso inmediato a resultados procesables, y al poder secuenciar tanto DNA como RNA, evita realizar pasos de transcripción inversa o amplificación que requieren otros métodos. Se pueden ajustar el tiempo de secuenciación y el número de muestras, utilizando hasta 96 códigos de barras.
El principio básico de funcionamiento de la secuenciación por nanoporos es observar las fluctuaciones de la corriente iónica causadas por moléculas individuales de DNA o RNA que pasan a través de un único nanocanal o nanoporo. Las fluctuaciones de la corriente iónica se decodifican utilizando algoritmos de llamada de bases para determinar la secuencia molecular.
La tecnología está disponible en dispositivos pequeños que se pueden conectar a computadoras portátiles para cargar datos en la nube, permitiendo realizar secuenciaciones en áreas remotas con recursos de laboratorio limitados y sin necesidad de personal especialmente capacitado.
Esto hace que la secuenciación por nanoporos sea una herramienta invaluable para la rápida identificación y monitoreo de patógenos, así como para rastrear cadenas de transmisión. Estos secuenciadores permitieron obtener rápidamente secuencias del genoma viral a partir de muestras de sangre tomadas de pacientes durante los brotes del virus del Ébola en áreas remotas de África Occidental y el virus del Zika en las regiones selváticas de Brasil. La tecnología se utilizó también en China para secuenciar e identificar el SARS-CoV-2, el virus causante de la pandemia de COVID-19, y sus variantes.
En microbiología clínica, de alimentos y epidemiología, la identificación rápida y precisa de microorganismos patógenos es clave para diagnosticar y tratar una infección, determinar la presencia de un brote o intervenir para prevenir la diseminación de un agente infeccioso.
La mayoría de las pruebas de amplificación utilizadas para detectar un patógeno no generan secuencias completas del genoma objetivo. Solo identifican si está presente un fragmento específico de DNA o RNA predefinido. Obtener lecturas completas de genomas facilita rastrear la evolución del patógeno, estudiar sus mecanismos de transmisión y descubrir variantes genómicas que podrían no estar previamente definidas en el diseño de un ensayo de PCR.
También la secuenciación metagenómica clínica con tecnología de nanoporo tiene menor tiempo de respuesta y puede identificar rápidamente infecciones por múltiples cepas, ayudando a la prevención y el control de infecciones en situaciones cruciales que requieren diagnósticos rápidos.
Para el caso del análisis de la resistencia antimicrobiana, las técnicas de cultivo microbiológico generalmente requieren más de 48 horas. El análisis basado en nanoporos posee el potencial para detectar muchos genes de resistencia a los antimicrobianos simultáneamente y en corto tiempo, acelerando el diágnostico y tratamiento.
Unas de las causas más importantes de morbilidad y mortalidad en todo el mundo es la sepsis. La secuenciación del genoma completo con plataformas de nanoporos puede identificar rápidamente patógenos y detectar plásmidos y genes de resistencia a antimicrobianos en 1 a 2 horas, salvando vidas.
Actualmente se está usando la técnica con métodos adaptados y tecnologías híbridas con NGS (Next Generation Sequencing) para la detección de la resistencia de Neisseria gonorrhoeae y Mycobacterium tuberculosis, el rastreo de la transferencia de plásmidos resistentes, la evolución de brotes hospitalarios, e, incluso, la secuenciación de parásitos resistentes, como el Plasmodium falciparum.
La tecnología de secuenciación por nanoporos puede servir como un método de diagnóstico sin cultivo, versátil y conveniente con las ventajas de una alta sensibilidad y precisión.
La idea de la secuenciación por nanoporos fue introducida en 1989 por el profesor David Deamer, mientras investigaba los ácidos nucleicos en la UC Davis. En el 2005 se funda la empresa Oxford Nanopore Technologies, un spin-out de la University of Oxford, que desarrolla varios equipos basados en la tecnología de nanoporos.