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División de Genómica NUEVAS CAPACIDADES PARA LA MEDICINA GENÓMICA EN CANARIAS

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Page 1: NUEVAS CAPACIDADES PARA LA MEDICINA GENÓMICA EN … · 2017. 12. 28. · Obtenemos que una hebra de ADN mide unos 2,5 m. 2,5 m x 2 hebras = 5 m en una única célula humana Por cierto,

División de Genómica

NUEVAS CAPACIDADES

PARA LA MEDICINA

GENÓMICA EN

CANARIAS

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El material genético en el núcleo celular

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Conformación 3D del ADN

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Descubrimiento del ADN

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Estructura a varias escalas

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Los cuatro “ladrillos” del ADN

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PO4

thymine

PO4

PO4

adenine

cytosine

PO4

guanine

Un alfabeto con una “sintaxis” especial

Complementariedad

de bases

A se enlaza con T

C se enlaza con G

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El resultado: una hélice de doble cadena

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…T G A C …

… A C T G …

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Una propiedad importante del ADN

Elevando temperatura o pH

Bajando temperatura o pH

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A. Diploide

B. Dividido en 46 fragmentos:

a) 22 pares de autosomas

b) 1 par sexual

C. ADN mitocondrial (circular,

extranuclear)

D. 3.200 millones de bases (letras)

E. 20.000-24.000 genes

Cariotipo humano

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Ejercicio 1

Si la distancia entre dos nucleótidos es aproximadamente 0,34 nm (recuerda

que 1 nm es 10-9 m)… ¿qué longitud tiene el ADN de una única célula

diploide?

SOLUCIÓN:

Como sabemos que una hebra tiene aproximadamente 3,2 Giga bases…

Obtenemos que una hebra de ADN mide unos 2,5 m.

2,5 m x 2 hebras = 5 m en una única célula humana

Por cierto, ni el ADN ni la célula se ven a simple vista… La célula podría

verse con un microscopio de los que tienen los centros educativos en

sus laboratorios.

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Si extraemos el ADN de todas las células de mi cuerpo, ¿qué longitud total

tiene todo ese ADN?

Datos:

a) Estimamos unas 50 billones de células diploides en el organismo

humano.

b) La distancia promedio Tierra-Sol es de 150.000.000 km (1 u.a., unidad

astronómica).

Si estiramos todo este ADN, ¿podríamos enlazar la Tierra con el Sol?

¿Cuántas veces?

Ejercicio 2

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SOLUCIÓN:

2,5 m x 2 hebras = 5 m en una única célula humana

(5 m ADN/célula) x (50·1012 células/persona) x (1 km/103 m) / (150·106 km) = ?

Es decir, el ADN empaquetado en los núcleos de todas las células que forman

nuestro organismo nos permitiría enlazar la Tierra con el Sol…

¡casi 1700 unidades astronómicas!

Nota final: la distancia Sol-Neptuno se estima en 30,1 u.a. ¡Podríamos unir el

Sol y Neptuno 57 veces!

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Genoma Humano

A. Publicado en 2003

B. 3.000 millones de dólares

C. Disponible en Internet

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Dogma central de la Biología Molecular:

Gen → (ARN) → proteína

Del genoma al gen

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Dogma central de la Biología Molecular:

Gen →(ARN) → proteína

Longitud variable, mayoría en 2-200 kb, aunque sólo una pequeña

proporción codifica la proteína. Ejemplo: gen TP53

Elementos diferenciados

Destacan los exones; representados en ARN maduro

Elementos de un gen

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Maquinaria de transcripción génica

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Exoma

Genoma

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Recapitulemos…

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T (ADN)=U (ARN)

Código genético: codón

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Variación genética

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Sangre periférica (línea germinal)

Tejido tumoral/sano

(línea somática)

DNA

Variación genética

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Variación genética simple: SNP

Copia 2 del chr 5

Copia 1 del chr 5

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Variación genética estructural

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Variación genética: indels, STR

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C

Dos copias de un cromosoma (padre y madre)

T

En un punto concreto, interrogamos los dos alelos que contiene el individuo.

Genotipo

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t

evento de mutación

n generaciones

Frecuencia actual

SNPs:

eventos

únicos

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Variación para estimar la ascendencia

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¿De dónde venimos?

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Cromosoma ancestral

El desequilibrio de ligamiento generalmente se

reduce con la distancia parcialmente debido a

procesos de recombinación.

Recombinación/n generaciones

Fundamento

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¿Observas variación?

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La variación génica está estructurada en nuestras poblaciones:

Miles de marcadores en poblaciones europeas: asignación de individuos a aprox. 700 km del origen

Variación genética estructurada

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N. África África SS. Europeo

Canarios

Mezcla en Canarias

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Simple (monogénica, efectos drásticos)

Información conocida gracias a

estudios en familias

Complejas (multigénicas, efectos leves)

Información conocida por estudios de

asociación

Sólo el 16% de las variantes en regiones

exónicas

Variación genética y enfermedad

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Gracias a varios avances

Primer borrador en 2003

Secuencia del genoma humano

Basado en renaturalización del ADN

Desarrollo de chips de ADN

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Alelo T Alelo C

Chips de ADN

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Secuelas

3,5 Millones de SNPs

3 poblaciones (N=270)

Mapa

38 Millones de SNPs

14 poblaciones (N=2504)

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Identificación de cientos de genes de

enfermedad (complejas)

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Coste por genoma

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Secuenciación clínica

OR >> 2

Estudios de asociación

Aplicación clínica?

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1º Reacción secuenciación y 2º Lectura

De 1 a 96 fragmentos por carrera

1990-2003: Proyecto Genoma Humano

- 3200 millones de pares de bases

- $300 millones a $3 billones

Sanger Masiva (NGS)

Objetivo: por

$1.000/genoma

Con la secuenciación de

nueva generación el

genoma humano en

horas!!

Septiembre 2012

Reacción secuenciación y lectura simultanea

Miles de millones de fragmentos por carrera

Secuenciación de ADN

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Tienen al menos dos bases alternativas (A, G, C, T) Alelos

Aprox. 40 millones descritos

Así lo ve un secuenciador NGS

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También así…

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Así lo vemos con la Bioinformática…

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TB de datos en un sólo estudio = fibra óptica, almacenamiento…

Secuenciación de nueva generación

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Secuenciación de nueva generación

© Phillip Compeau & Pavel Pevzner

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Secuenciación de nueva generación

© Phillip Compeau & Pavel Pevzner

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Secuenciación de nueva generación

© Phillip Compeau & Pavel Pevzner

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Alineado > Ensamblado > Mapeado

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NGS: escalas de producción

Dirigido

(20-50 genes,

pequeños

genomas)

MiSeq

Exomas (12) Exomas (>96)

Genomas completos (humanos)

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Base genética de las enfermedades

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Análisis de datos “ómicos”

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¿Para qué?

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Diseño de experimentos

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Biología + Estadística, Informática…

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Obtención de la

muestra

Extracción de ADN

Secuenciación de ADN

de nueva generación

Generación del informe

Ciclo de análisis NGS

teideHPC

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El superordenador teideHPC

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¿Quiénes lo hacemos?

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MUCHAS GRACIAS!!!