EL LABORATORIO CLÍNICO EN LA ERA DE LAS CIENCIAS ÓMICAS

Abstract

En esta era de globalización, las diferentes ciencias ómicas (genómica, proteómica, transcriptómica, metabolómica, epigenómica, farmacogenómica entre otras) han impactado el desarrollo de nuevas herramientas de biología molecular, que permiten diagnosticar enfermedades y detectar microorganismos (virus, bacterias, hongos, etc.) en menor tiempo, comparado con los exámenes convencionales, estos desarrollos impactan el trabajo de la bacterióloga en el laboratorio clínico.

Las ciencias ómicas, vienen acompañadas de herramientas de biología molecular, que son claves en el laboratorio clínico, estas inician con la detección o cuantificación de material genético (ADN o ARN) o proteínas en diferentes muestras, buscando siempre un diagnóstico más acertado. Una de las ventajas del empleo de estas herramientas, radica en la detección del material genético, como por ejemplo detección de algunos genomas al usar el 16 sRNA ribosomal, o genes concretos de genomas bacterianos, que las hace mucho más sensibles y específicas. Esto permite detectar microorganismos o enfermedades que anteriormente eran difíciles de detectar, ahorrando tiempos en los diagnósticos y tratamientos.

Actualmente se hace necesario un conocimiento cada vez más acertado del profesional de Bacteriología del uso de estas herramientas en todas las áreas del laboratorio clínico, lo que permitirá un mejor diagnóstico de los pacientes no solo con desórdenes genéticos, sino soportar los diagnósticos de enfermedades infecciosas, crónicas, autoinmunes, síndromes metabólicos, trasplantes y enfermedades como el cáncer, entre otras, sin olvidarse del impacto de la metagenómica en el reconocimiento de nuevos microrganismos que hacen parte normal del microbiana y la microbiota de los diferentes seres vivos( Breitwieser, et al 2019).

Genómica: La genómica es una ciencia ómica, hace referencia a los campos de estudio dentro de la biología molecular y tiene como objetivo caracterizar y cuantificar conjuntos de moléculas biológicas traducidas, analiza la estructura, función y dinámica de un organismo. La genómica es un área interdisciplinaria relacionada con la estructura, función, evolución, mapeo y edición de genomas. Su objeto de estudio es el conocimiento del genoma completo y las interacciones que tienen los genes que la componen. La genómica se divide en estructural encaminada a la identificación y ubicación de las secuencias que forman los genes en el ADN, comparativa encargada de estudiar el genoma de los diferentes organismos con el fin de encontrar similitudes y diferencias y funcional: relaciona los sistemas de información obtenidos en la genómica estructural con el fin de evaluar las funciones en los genes (genes hipotéticos).

Los estudios en genómica han permitido acelerar la compresión que se tiene acerca de las interacciones que tiene el ADN, los genes, las proteínas y sus funciones, tanto en condiciones normales como en anormales (enfermedades). El mapear los genes del ADN en los humanos, proteínas potenciales con múltiples aplicaciones, permitirá en un futuro terapias más personalizadas. Durante la última década se han desarrollado una gran variedad de nuevas técnicas ajustables al estudio de los genomas, técnicas relacionadas con mapas físicos de los genomas y con la secuenciación del DNA, partiendo desde el método de Sanger hasta las últimas técnicas de secuenciación automatizada de secuenciación de nueva generación (NGS) (Ansorge, W. J. 2009).

Proteómica: término empleado como analogía a la genómica, acuñado por Marc Wilkins en 1994 y publicado en 1997, hace referencia a el estudio a gran escala de las proteínas, en particular de su estructura y función. El estudio del proteoma, palabra dada por la mezcla de proteína y genoma, permite analizar una imagen dinámica de las proteínas que se expresan en determinado momento bajo unas condiciones dadas en ambiente y tiempo.

Dentro de los factores concluyentes que permiten el adelanto de una técnica proteómica, se encuentran los adelantos en la separación de proteínas mediante la técnica de electroforesis en Gel de poliacrilamida de dos dimensiones, al introducir gradientes de pH inmovilizados, secuenciación de genomas a gran escala, avance de bases de datos de proteínas, el progreso de técnicas de espectrometría de masas para analizar proteínas y péptidos. Las aplicaciones más utilizadas son el análisis estructural de las proteínas, identificación de proteínas, función de proteínas, modificaciones postraduccionales: fosforilación, glicosilación, etc, interacciones proteína-proteína, medicina molecular entre otras. (Twyman, R., 2013).

Transcriptómica

El estudio del transcriptoma, es el conjunto completo de transcritos de ARN producidos por el genoma. La comparación de transcriptomas ayuda en la identificación de genes que se expresan diferencialmente en las poblaciones celulares, y evalúa la respuesta a diferentes tratamientos (Lowe et al., 2017).

Dentro de las ventajas de la transcriptómica encontramos: mayor sensibilidad y cobertura de estudio, metodología que permite realizar ensamblaje de novo, estimación de abundancia por transcrito a nivel cuantitativo, detección de transcritos raros o con baja expresión, detección de isoformas génicas y no requiere procesos de validación. La tecnología más usada para este propósito es RNA-seq que permite la evaluación simultánea de la expresión de miles de genes (Trapnell, C., 2010).

Gracias al avance de las ciencias ómicas, se puede realizar un diagnóstico preventivo, que con el tiempo permitirá realizar una medicina cada vez más personalizada. Por esta razón, es importante conocer e implementar estas herramientas moleculares en las diferentes áreas del laboratorio clínico (microbiología, hematología, inmunohematologia, parasitología, bioquímica, entre otras) como parte del diagnóstico, pronóstico y tratamiento de enfermedades. (Páez, U. A. H, el al 2015).

Metabólomica Esta ciencia ómica contempla el estudio de los procesos químicos que producen y consumen moléculas pequeñas, tanto como materiales de construcción como fuentes de energía y medios de comunicación para las células. Como tal, está en el otro extremo de la genómica y representa el resultado final de procesos biológicos genéticamente determinados. La metabolómica es una herramienta importante para complementar la información bioquímica obtenida de genes y proteínas, contribuyendo a la comprensión de diversos sistemas biológicos, teniendo en cuenta la influencia del medio ambiente en el organismo. La metabolómica tiene gran importancia en la industria alimenticia y de insumos ya que permite conocer la calidad de un alimento, así como su composición, ya que brinda una información precisa tanto de los detalles moleculares que posee un alimento como su textura, sabor o color, así como también establece patrones o huellas dactilares que abarcan información sobre los agentes ambientales, genéticos y referentes a la producción, como el suelo, el clima, los contextos de elaboración y almacenamiento etc., lo cual puede significar un instrumento excepcional para evaluar la calidad de alimentos o la detección de adulteraciones de los mismos. Conclusiones El uso de las nuevas herramientas moleculares que son implementadas actualmente en las diferentes áreas del laboratorio clínico, gracias al avance de las diferentes ciencias ómicas, impactan el trabajo de la bacterióloga en el laboratorio clínico. Partiendo de técnicas ́convencionales como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), PCR en tiempo real o qPCR, PCR-FRLP (Fragmentos de restricción de longitud polimórfica), pasando por las herramientas de secuenciación de nueva generación (NGS), Hibridación fluorescencia In situ (FISH), hibridación genómica comparativa (HGC) y terminando con el estudio de, pan-genomas, exomas, epigenomas, e interactómica entre otras. Se actualizo a las profesionales con nuevas herramientas surgidas por los avances en las ciencias ómicas, que permiten agilizar su trabajo, mejorar la especificidad diagnóstica y estar a la vanguardia con estas tecnologías que pueden llegar a impactar todas las áreas del laboratorio clínico, con miras a apoyar el surgimiento de la medicina personalizada. Bibliografia Ansorge, W. J. (2009). Next-generation DNA sequencing techniques. New biotechnology, 25(4), 195-203. Breitwieser, F. P., Lu, J., & Salzberg, S. L. (2019). A review of methods and databases for metagenomic classification and assembly. Briefings in bioinformatics, 20(4), 1125-1136. Lowe, R., Shirley, N., Bleackley, M., Dolan, S., & Shafee, T. (2017). Transcriptomics technologies. PLoS computational biology, 13(5). Paez, U. A. H., Romero, I. A. G., Restrepo, S. R., Gutierrez, F. A. A., & Castano, D. M. (2015). Assembly and analysis of differential transcriptome responses of Hevea brasiliensis on interaction with Microcyclus ulei. PloS one, 10(8). Trapnell, C., Williams, B. A., Pertea, G., Mortazavi, A., Kwan, G., van Baren, M. J., ... & Pachter, L. (2010). Transcript assembly and abundance estimation from RNA-Seq reveals thousands of new transcripts and switching among isoforms. Nature biotechnology, 28(5), 511. Twyman, R., & George, A. (2013). Principles of proteomics. Garland Science.