Hoy, los investigadores CaixaResearch Elena Gómez-Díaz y José Luis Ruiz Rodríguez, del Instituto de Parasitología y Biomedicina López-Neyra (IPBLN-CSIC) de Granada, nos cuentan cómo han creado ILRA, una herramienta bioinformática con un gran potencial para generar genomas de alta calidad en contextos especialmente problemáticos, como por ejemplo de especies con genomas complejos o cuando las muestras biológicas de origen son insuficientes o de mala calidad. El estudio de la investigación se ha publicado en la revista Briefings In Bioinformatics, una de las más prestigiosas en su campo.

ILRA y su papel en la generación de genomas de referencia y accesibles

La capacidad de obtener secuencias genéticas precisas y fiables gracias a las técnicas ómicas es crucial para comprender la base molecular de algunas enfermedades, poder desarrollar terapias eficaces y avanzar en el campo de la biología en general. Estas técnicas permiten obtener, a partir de una muestra de material biológico, la composición exacta de las secuencias del ADN. Un ejemplo es la genómica, que permite descifrar la composición precisa del ADN, todos los genes, de un organismo, de modo que proporciona una base de datos de enorme valor y utilidad para multitud de estudios posteriores, por ejemplo, la predisposición a padecer una determinada enfermedad o las características genéticas que hacen que un determinado patógeno sea muy virulento. 

Elena destaca que la herramienta bioinformática ILRA ha sido desarrollada en el contexto de un proyecto comprometido con la diversidad y la ciencia igualitaria porque hace posible la corrección automática de genomas de referencia con una implicación mínima del usuario y sin exigir grandes conocimientos bioinformáticos, que no suelen ser accesibles para la mayoría de grupos de investigación: «El objetivo de nuestra herramienta es que cualquier laboratorio, sin importar sus recursos disponibles o su experiencia en análisis de datos, sea capaz de obtener genomas de alta calidad, algo crucial dado que la mayoría de la biodiversidad y la investigación de enfermedades infecciosas se focaliza en países en vías de desarrollo». 

La importancia de obtener genomas de calidad y sus limitaciones en parásitos

Todos estos avances dependen en gran medida de poder contar con genomas de referencia de alta calidad, que varían en función del origen de las muestras biológicas, la metodología de secuenciación y las herramientas utilizadas, y esto puede llevar a interpretaciones erróneas y obstaculizar el avance científico. 

Especialmente en el caso de los parásitos, causantes de muchas enfermedades mortales, los genomas de referencia disponibles a menudo presentan limitaciones. Esto es problemático, ya que la diversidad genética y las adaptaciones locales de estos parásitos pueden influir en su virulencia y en la efectividad de los tratamientos. Por ejemplo, gran parte del conocimiento se basa en genomas que se han obtenido a partir de cultivos de parásitos en el laboratorio, los cuales pueden diferir de los parásitos que circulan en entornos naturales. Las dinámicas de transmisión en áreas endémicas de África, Asia o América del Sur pueden moldear y dejar huella en el genoma de estos parásitos, reflejo de procesos evolutivos de adaptación al ambiente. En este enfoque reside lo innovador del proyecto de Gómez-Díaz, ya que desde la perspectiva evolutiva se centra en comprender la maquinaria de adaptación que permite a los parásitos de la malaria sobrevivir a las variaciones del entorno. 

La investigación actual tiende a utilizar genomas de referencia de unas pocas cepas y con ello se pretende representar a todos los parásitos del mundo. Sin embargo, es necesario evitar esta generalización produciendo nuevos genomas y mejorando los de referencia que se utilizan en cada caso. El investigador del IPBLN y primer autor de la investigación, José Luis Ruiz, compara estos genomas con un mapa de carreteras: «Cuanto más detallados y precisos sean, más fácil nos será conducir por el grande y diverso paisaje de la genética». 

Genomas de referencia casi perfectos del parásito de la malaria

El nuevo programa se puso a prueba comparando genomas obtenidos con múltiples técnicas de secuenciación y diferentes organismos, como secuencias humanas y de varios parásitos, como Plasmodium falciparum.

La secuenciación de este parásito es inusualmente complicada, lo cual dificulta su estudio y limita el conocimiento básico de su biología. Esto es crítico, ya que Plasmodium es el causante de la malaria, una enfermedad infecciosa que mata a cientos de miles de personas al año y para la que aún no hay ni un medicamento ni una vacuna plenamente efectivos. La lucha contra esta enfermedad se ha visto afectada en gran parte por la falta de buenos genomas de referencia que representen la diversidad cambiante de las cepas que existen en la naturaleza y en las comunidades afectadas. 

En este estudio se llevó a cabo un esfuerzo internacional con varios equipos de investigadores de Colombia, Kenia y Ghana para generar como prueba de concepto genomas de referencia de alta calidad para los parásitos de la malaria de regiones menos representadas, que hasta ahora no tenían genomas disponibles. Quedó así demostrado que el programa permite obtener genomas de referencia casi perfectos que cualquier grupo puede usar en sus investigaciones, ya que representan adaptaciones locales que no están presentes en los genomas de referencia tradicionales. 

Para el catedrático Thomas Dan Otto, investigador y líder del proyecto, la relevancia de esta investigación está clara: «ILRA es una herramienta que debería ayudar a los grupos de investigación a mejorar sus ensamblados de genoma sin necesidad de conocimientos bioinformáticos profundos». Además, destaca la importancia de las estancias de investigación, forma mediante la cual surgió este proyecto, y recalca que son esenciales para favorecer la transferencia de conocimiento, aprender de diferentes culturas y dar lugar a investigación internacional del más alto nivel. 

El estudio ha recibido financiación de la Fundación la Caixa, del Ministerio de Ciencia e Innovación y del Wellcome Trust, y se ha llevado a cabo en el marco de un convenio entre el Instituto de Parasitología y Biomedicina López-Neyra, perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IPBLN-CSIC), un equipo de biología computacional de la University of Glasgow (Escocia) y el equipo de investigación clínica del Kenya Medical Research Institute.