La medicina genómica es un campo emocionante y en constante evolución que tiene el potencial de revolucionar la forma en que diagnosticamos, tratamos y prevenimos enfermedades. La información genómica es solo una pieza del rompecabezas de por qué algunas personas desarrollan una enfermedad y otras no. Sin embargo, es una pieza que podemos medir con precisión y que puede ayudarnos a tratar e incluso prevenir enfermedades. Otros factores también son importantes, como los hábitos que practican las personas y las posibles cosas perjudiciales a las que están expuestas en su entorno a lo largo de su vida. Los científicos están aprendiendo cada vez más sobre cómo todos estos factores trabajan juntos para mantenernos saludables o causar enfermedades, y están comenzando a aplicar este conocimiento de manera específica que puede individualizar o personalizar la atención que los médicos brindan para elegir mejor la prueba o el tratamiento adecuado para el paciente adecuado en el momento adecuado. Esto es lo que hace que la medicina dirigida genómicamente sea verdaderamente medicina de precisión.
La última tecnología de secuenciación del genoma
Dada la naturaleza ubicua de los microbios, sus características simbióticas, patogénicas y comensales son importantes para los humanos al formar un ecosistema altamente funcional. La comunidad del microbioma se convirtió en un factor obligatorio en nuestra supervivencia a través de la evolución [165]. Sin embargo, es vital realizar un seguimiento cercano y comprender a fondo las interacciones entre el huésped-microbioma y el microbioma-intercomunidad para una supervivencia saludable. Los enfoques incluyen la vigilancia de patógenos, la disbiosis funcional y el potencial terapéutico. Los estudios metagenómicos han relacionado el microbioma intestinal con trastornos que afectan la salud mental [166], enfermedades autoinmunes (artritis reumatoide) [167] y trastornos metabólicos (diabetes y obesidad) [168], por lo tanto, son instrumentales para evaluar el potencial funcional del microbioma. Esto abre las puertas a más enfoques y opciones terapéuticas. Diseñar paneles específicos para detectar mutaciones (que ayudan en el seguimiento de la resistencia a los antibióticos) o identificar los genes patógenos seguidos de la secuenciación puede ayudar a detectar patógenos con resistencia antimicrobiana conocida. También se están realizando investigaciones sobre la farmacomicrobiómica de las personas que requieren tratamiento con medicamentos. Esto ayudaría a identificar el efecto de los medicamentos en el microbioma de un individuo y la disposición del medicamento por parte del microbioma.
Investigación de enfermedades humanas
El enfoque de la investigación basada en NGS se ha extendido ahora desde la investigación genómica hasta el estudio del transcriptoma, el epi-transcriptoma y el epigenoma. La investigación basada en el genoma humano a través de WGS y WES ha proporcionado nuevas ideas sobre los procesos biológicos y se ha aplicado en la investigación sobre el bienestar; investigación agrícola y alimentaria; estudios de investigación de asociación de todo el genoma que descubren la amplia gama de variantes genéticas de la población; su enlace genético y base molecular para diversas enfermedades, incluido el cáncer; y el estudio de nuevas variantes patogénicas/emergentes como las variantes del SARS-CoV-2 en enfermedades humanas. La redefinición de los paisajes mutacionales en los tumores ha dado como resultado la traducción de esta información en la investigación clínica a través de la creciente lista de paneles de genes grandes dirigidos, como el panel de 261 genes, el panel de 400 genes, el panel de TSO 500 de Illumina, IDT, Agilent y Thermo Fisher. Estos paneles evalúan no solo SNV, sino también CNV clínicamente relevantes y transcripciones de fusión de ARN, TMB y inestabilidad de microsatélites (MSI) para el cáncer de pulmón, cáncer de mama, cáncer colorrectal e incluso para cánceres difíciles como los de ovario, páncreas, renal, cánceres uroteliales, etc.
El ARN-seq encuentra su aplicación principalmente en la investigación para analizar las firmas transcriptómicas de los patógenos [169], biomarcadores metastásicos, resistencia terapéutica, microambiente inmunológico, inmunoterapia e investigación de neoantígenos en el cáncer [170,171]. Con NGS, ahora es posible estudiar el comportamiento de una sola célula con respecto a su diferenciación, desdiferenciación, proliferación y tumorigénesis en el cáncer utilizando estrategias de secuenciación de ARN de célula única como Smart-seq2, MATQ-seq, SUPeR-seq, Drop-seq, Seq-Well, Chromium, DroNC-seq, STRT-seq, etc. [172]. El reciente desarrollo de la técnica RiboSeq puede revelar eventos potenciales en curso de traducción en el citosol, lo cual es útil para identificar micro péptidos potencialmente funcionales. Así es como se descubrieron miles de sORFs (marcos de lectura abiertos pequeños) en lncRNA. Por lo tanto, con la transcriptómica, el Ribo-seq y la proteómica de MS, se identifica el potencial bifuncional de las moléculas de ARN [173,174].
El papel de la epigenómica en la regulación génica, el mantenimiento de la expresión específica del tejido y los procesos de desarrollo son evidentes a partir de la inactivación del cromosoma X, el desarrollo embrionario, la impronta genómica, la reprogramación epigenética, el establecimiento de la identidad celular y los estudios de especificación de linajes. Las firmas epigenéticas son biomarcadores importantes que prometen no solo en el cáncer, la transformación maligna y la metástasis, sino también por su aplicabilidad clínica en otras enfermedades como la diabetes, las condiciones neurológicas, las enfermedades infecciosas y los trastornos inmunológicos [175,176]. La naturaleza reversible de los cambios epigenéticos los convierte en candidatos prometedores para la medicina de precisión en el cáncer y otras enfermedades [164,176]. La farmacoepigenómica es un área de investigación emergente, donde se está estudiando la relación entre la respuesta variable a los medicamentos y el estado epigenético [59]. Se han desarrollado epi-fármacos en los últimos 40 años, y algunos se utilizan en la práctica clínica, mientras que otros se encuentran en ensayos clínicos [177]. Los ARN no codificantes (ncRNAs) son reguladores de la expresión génica además de las modificaciones epigenéticas que se están investigando como dianas terapéuticas. Se han identificado numerosos lncRNA y se ha encontrado que se expresan de manera aberrante en varios tumores [58]. Estudios cada vez más numerosos han demostrado que los miARN son biomarcadores de múltiples cánceres, ya que su cantidad anormal se ha correlacionado con el estadio de la patología y el pronóstico [178]. Las aplicaciones de análogos de miARN o anti-miARN han mostrado resultados prometedores en estudios de cáncer in vitro e in vivo, lo que sugiere que los fármacos basados en miARN están emergiendo como una nueva estrategia para la terapia del cáncer [179]. Aparte del cáncer, existen múltiples medicamentos aprobados por la FDA para DMD, SMA, hipercolesterolemia familiar, retinitis por CMV, etc. [178].
Cómo la genómica ha cambiado la medicina
El santo grial en la atención médica ha sido durante mucho tiempo la medicina personalizada, o lo que ahora se llama medicina de precisión, dice Kemal Malik, miembro de la junta directiva de Bayer responsable de la innovación. pero llegar al nivel de precisión que queríamos no era posible hasta ahora. lo que ha cambiado es nuestra capacidad de secuenciar el genoma humano. En abril de 2003, el Proyecto del Genoma Humano anunció que había secuenciado alrededor de 20.000 genes que componen el mapa de nuestro cuerpo. Durante 15 años, este avance médico ha estado informando y transformando la atención médica. La genómica, el estudio de los genes, está haciendo posible predecir, diagnosticar y tratar enfermedades de manera más precisa y personalizada que nunca.
Un genoma humano completo contiene tres mil millones de pares de bases de ADN, dispuestos de manera única para darnos nuestra anatomía fundamental y características individuales como la altura y el color del cabello. El ADN forma los genes y comprender su función proporciona información crucial sobre cómo funcionan nuestros cuerpos y qué sucede cuando nos enfermamos. Esta fue la razón detrás de los 13 años y 700 millones de dólares invertidos en el Proyecto del Genoma Humano. El entorno ha avanzado rápidamente en base a sus logros y ahora podemos mapear un genoma humano en solo unas pocas horas y por menos de mil dólares. La secuenciación rápida, a gran escala y de bajo costo del ADN ha impulsado la genómica hacia la medicina convencional, impulsando un cambio revolucionario hacia la medicina de precisión.
El diagnóstico temprano de una enfermedad puede aumentar significativamente las posibilidades de un tratamiento exitoso, y la genómica puede detectar una enfermedad mucho antes de que se presenten los síntomas. Muchas enfermedades, incluido el cáncer, son causadas por alteraciones en nuestros genes. La genómica puede identificar estas alteraciones y buscarlas utilizando un número cada vez mayor de pruebas genéticas, muchas de las cuales están disponibles en línea. Si los resultados sugieren una susceptibilidad a una afección, es posible que pueda tomar medidas preventivas para retrasar e incluso detener el desarrollo de la enfermedad. la atención médica se inclinará más hacia la prevención que hacia la cura, dice Malik, y es probable que la genómica demuestre ser un habilitador importante para comprender los pasos de atención médica particulares que una persona debe o no debe tomar.
Cuando los síntomas se desarrollan, la genómica puede ser fundamental para diagnosticar el problema. El Proyecto del Genoma Humano ha impulsado el descubrimiento de casi 000 genes de enfermedades, y estos están demostrando ser altamente efectivos para proporcionar análisis rápidos y precisos. Han sido especialmente valiosos para identificar enfermedades genéticas raras que antes tardaban años en diagnosticarse, poniendo fin a la incertidumbre y el sufrimiento de las odiseas diagnósticas. La investigación en curso se dedica a la construcción de bases de datos de biomarcadores genéticos, especialmente para el cáncer. hasta ahora, la genómica ha tenido el mayor impacto en el cáncer, explica Malik, porque podemos obtener tejido, secuenciarlo e identificar las alteraciones. En los Estados Unidos, el Atlas del Genoma del Cáncer ha mapeado los cambios genómicos clave en más de 30 tipos de cáncer. Tales bases de datos podrían proporcionar un diagnóstico definitivo en segundos, e incluso recomendar tratamientos específicos basados en el ADN tanto del paciente como de la enfermedad. De hecho, la secuenciación genética de tumores de cáncer está ayudando no solo a identificar cánceres específicos, sino también a comprender qué los causa y qué podría matarlos.
Cuando se trata de tratamiento, la genómica está impulsando otro elemento importante de la medicina de precisión: la farmacogenómica. desde hace mucho tiempo sabemos que el mismo medicamento en la misma dosis afecta a las personas de manera diferente, dice Malik. Ahora sabemos por qué: nuestros genes influyen en la producción de enzimas cruciales en el hígado que metabolizan los medicamentos. Si una variación genética impide que las enzimas funcionen correctamente, el medicamento puede acumularse en el cuerpo con efectos secundarios graves. Otros medicamentos solo funcionan cuando se descomponen en el hígado, por lo que si las enzimas no funcionan, tampoco lo hace el medicamento. Estas variaciones genéticas, conocidas como polimorfismos, son comunes, pero la genómica significa que podemos probarlas y compensarlas. Las variaciones genéticas significan que alrededor del 30 por ciento de las personas no pueden convertir completamente un medicamento anticoagulante comúnmente utilizado, pero las pruebas genéticas significan que se pueden tomar otros medicamentos alternativos con el mismo efecto.
Existen más de 250 medicamentos etiquetados con información farmacogenómica, lo que les permite ser recetados según la genética de un paciente. A medida que aumenta el número y la secuenciación del ADN se convierte en estándar, es probable que los medicamentos se receten rutinariamente en función de nuestros genes, minimizando los efectos secundarios dañinos y haciendo que los tratamientos sean más rápidos y efectivos. la genómica incluso está cambiando la forma en que desarrollamos medicamentos, dice Malik. es mucho más sofisticado porque podemos encontrar una alteración específica que está causando una enfermedad e intentar dirigir un medicamento específicamente a esa alteración. En 2014, ocho de los 41 nuevos medicamentos aprobados por la FDA fueron terapias dirigidas. tradicionalmente, el enfoque de la atención médica ha sido un poco general, dice Malik. ahora podemos mirar una enfermedad a nivel personal.
Ningún otro lugar es esto más palpable que en el campo emergente de la edición de genes, una técnica que permite a los científicos cambiar el ADN de los organismos vivos. rara vez la medicina realmente llega a curar a las personas, dice Malik. pero si el problema subyacente es una alteración genética particular y podemos cortar esa alteración, entonces hemos pasado de tratar a curar. Una tecnología clave detrás de la edición de genes es CRISPR-CasBasado en un mecanismo de defensa que se encuentra en las bacterias, la enzima Cas9, descrita por Malik como tijeras moleculares, se entrega a un segmento preciso de ADN defectuoso, lo corta y lo reemplaza con buen ADN creado en el laboratorio. Ya en ensayos clínicos, la edición de genes se está convirtiendo en un tratamiento rápido, efectivo y cada vez más asequible. esta es la medicina de precisión definitiva, dice. tiene un gran potencial.
En los 15 años transcurridos desde que se secuenció el primer genoma humano, la medicina ha sido rápida para poner en práctica sus aprendizajes. La genómica nos está proporcionando un manual de instrucciones humano que nos muestra cómo arreglarnos. en el futuro veremos a todos los pacientes con cáncer secuenciados y desarrollaremos medicamentos específicos para dirigirse a su alteración genética particular, sugiere Malik. Con la secuenciación del ADN por debajo de los $100, para 2025 se podrían haber secuenciado hasta dos mil millones de genomas. nos estamos moviendo muy, muy rápidamente, dice. La genómica está poniendo al paciente en el centro de la atención médica, con un cambio de tratamientos a curas. está revolucionando las ideas de las personas no solo sobre la atención médica, dice Malik, sino también sobre la enfermedad misma.
Consultas habituales
- ¿Qué es la medicina genómica?
- ¿Cómo ha cambiado la genómica la medicina?
- ¿Cuál es la última tecnología de secuenciación del genoma?
La medicina genómica es un campo que se centra en el estudio de los genes y cómo pueden influir en la salud y las enfermedades. Utiliza información genómica para predecir, diagnosticar y tratar enfermedades de manera más precisa y personalizada.
La genómica ha permitido avances significativos en la medicina al proporcionar información sobre la predisposición genética a ciertas enfermedades, permitiendo diagnósticos más precisos y ayudando a desarrollar tratamientos personalizados basados en la genética de un individuo.
La última tecnología de secuenciación del genoma permite mapear un genoma humano en solo unas pocas horas y por menos de mil dólares. Esto ha acelerado el avance de la genómica en la medicina convencional y ha llevado a un cambio revolucionario hacia la medicina de precisión.
La medicina genómica es un campo emocionante y en rápido crecimiento que tiene el potencial de transformar la forma en que abordamos la salud y las enfermedades. La información genómica nos brinda una visión única de nuestra biología y nos ayuda a comprender mejor cómo funcionamos y qué nos hace enfermar. Con la genómica, podemos predecir, diagnosticar y tratar enfermedades de manera más precisa y personalizada. Esto nos permite tomar medidas preventivas antes de que aparezcan los síntomas, diagnosticar enfermedades de manera más rápida y precisa, y desarrollar tratamientos que se adapten a las necesidades genéticas individuales de cada paciente. La genómica está revolucionando la medicina y allanando el camino para un futuro en el que la salud y el bienestar se enfoquen en el individuo y se logren resultados más efectivos y duraderos.