Creación de un biobanco para explorar los misterios del genoma
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Se estima que el GTEx está recogiendo muestras de unos
1 000 donantes para la investigación genética. (Imagen del Equipo de Intercambio Nacional de Investigación de Enfermedades GTEx)
Los arquitectos del biobanco no querían dejar nada al azar y deseaban tener todo bien documentado.
Por esa razón, formularon 150 procedimientos de operación para garantizar que las muestras de tejido se obtengan, procesen y almacenen siempre de la misma manera. Es por ello que también están recogiendo datos para determinar cuáles son las mejores temperaturas para transportar muestras a través de los Estados Unidos.
Toda esta planificación está dando sus frutos en el proyecto de Expresión Génica de Tejidos (Genotype-Tissue Expression, GTEx), en el que se usarán las muestras para investigar cómo tiene lugar la regulación génica en la salud y en la enfermedad. El proyecto está patrocinado por los Institutos Nacionales de la Salud (NIH), y cuenta con unas 4 400 muestras de tejido "normal" de unos 175 donantes. Al recolectar una cantidad de muestras mucho mayor, el proyecto se propone convertirse en un recurso para el estudio de las variaciones genéticas y la regulación génica en tejidos específicos.
"Este proyecto tiene el propósito de comprender cómo las variaciones genéticas normales influyen en la expresión génica en todo el organismo", dijo el doctor Jeffery Struewing del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano. El NCI y el Instituto Nacional de la Salud Mental también cumplen una función de liderazgo en este esfuerzo.
El tejido normal, o sea el tejido que no tiene signos de enfermedad, no se recolecta de manera habitual para las investigaciones. El GTEx es el primer proyecto a gran escala que recoge muestras de alta calidad de hasta 32 tipos de tejidos de muchos donantes.
Durante un estudio piloto que se inició el año pasado, los investigadores del Biobanco Humano del Cáncer (caHUB) del NCI y sus colaboradores se encargaron de adquirir y organizar las muestras biológicas. En promedio, cada uno de los donantes de órganos y tejido ha contribuido 25 tipos de tejido post mortem, entre ellos, cardíaco, muscular y de piel. Donantes quirúrgicos también han contribuido con tejidos.
Un biobanco más grande
A partir del éxito del proyecto piloto, el Fondo Común de los NIH (NIH Common Fund) aumentará el alcance del GTEx, con el objetivo de llegar a 1 000 donantes en 3 años. Al aumentar la cantidad de donantes y muestras, se logrará el poder estadístico necesario para formular las preguntas fundamentales sobre el genoma, dijeron los investigadores.
Todas las células del cuerpo humano contienen esencialmente los mismos complementos de genes, pero estos genes se activan, o expresan, de manera diferente en distintos tipos de células. El GTEx permitirá que los investigadores puedan evaluar por primera vez cómo las variantes genéticas frecuentes influyen en la regulación de la expresión génica usando un conjunto de tejidos de referencia.
La relación entre las variantes genéticas y la regulación génica en diferentes tejidos es "una pregunta biológica fascinante, pero también tiene relevancia en el ámbito de la medicina", dijo la doctora Barbara Stranger de la Facultad de Medicina de Harvard y del Brigham and Women’s Hospital, quien estudia los genes y las enfermedades complejas pero no participa en el GTEx.
"Las personas sanas presentan algunos de los mismos procesos de regulación que las personas que tienen una enfermedad compleja", continuó la doctora Stranger. Conocer más sobre estos procesos nos brindará información sobre una variedad de enfermedades.
Los donantes y sus familias
"Nadie sabía con certeza si esto iba a funcionar", dijo la doctora Sherilyn Sawyer, quien codirige la creación del biobanco del GTEx y hasta hace poco tiempo fue parte de la Oficina de Biobancos e Investigación de Bioespecímenes (OBBR) del NCI. "Es por ello que estamos muy satisfechos de que la infraestructura que pusimos en marcha a través del caHUB haya logrado reunir muestras que nos han dado un excelente conjunto de datos".
El GTEx trabaja en colaboración con organizaciones de donación de órganos y tejidos en varias ciudades. Cuando fallece un donante de órganos o tejidos que cumple con los requisitos del GTEx, una de estas organizaciones se pone en contacto con los familiares a fin de solicitar el permiso para recolectar tejido del ser querido para el estudio.
"Son momentos cargados de sensibilidad, por lo que seguimos un proceso cuidadoso", manifestó Anna M. Smith del Laboratorio Nacional Frederick para la Investigación Oncológica, quien trabaja en los asuntos éticos, legales y regulatorios del GTEx. "No sobra añadir que el biobanco no podría existir sin los donantes y sus familiares".
El GTEx minimiza las alteraciones al tejido porque usa un procedimiento estándar para obtener, procesar y almacenar las muestras. (Imagen del Equipo de Intercambio Nacional de Investigación de Enfermedades GTEx)
Primero se obtienen las muestras y, como segundo paso, se preservan y transportan al Instituto Van Andel en Grand Rapids, Michigan, donde se encuentra el repositorio central. Al obtener, procesar y almacenar las muestras de tejido de manera controlada y uniforme, los investigadores esperan salvaguardarlas en un estado casi natural y así minimizar las alteraciones.
"La calidad de la muestra biológica es sumamente importante", dijo la doctora Sawyer. La obtención de tejido con una alta calidad uniforme de ARN y ADN garantiza que la información obtenida del análisis de muestras "se corresponda de la forma más precisa posible con la biología del tejido", explicó la doctora Sawyer.
El personal del GTEx inspecciona de manera regular las muestras de tejido para asegurarse de que son de alta calidad. "El GTEx maneja el control de calidad de todo el proceso a un nivel más elevado en comparación con otros proyectos que hemos realizado", señaló el doctor Scott Jewell, quien dirige el programa Biospecimen Science en el Instituto Van Andel.
Todavía se desconoce si se necesitará el mismo tipo de control de calidad que se utilizó en el GTEx para los proyectos de todos los biobancos, agregó el doctor Jewell. Pero las lecciones aprendidas del GTEx pueden guiar los esfuerzos futuros. Con miras a ello, los investigadores han dado a conocer aproximadamente 150 procedimientos de operación estándar relacionados con el funcionamiento de los biobancos.
Problemas logísticos
"Este proyecto resultó ser un reto inmenso y complejo en cuanto a logística", expresó el doctor Jim Vaught, subdirector de la OBBR. Pero con esos problemas también surgió la oportunidad de hacernos preguntas importantes sobre el funcionamiento de los biobancos.
Por ejemplo, nadie conoce cuáles son las mejores temperaturas para transportar las muestras biológicas. El equipo del GTEx diseñó envases para transporte que tienen "registradores de datos" para grabar la información sobre temperatura a cada minuto. Esos datos pueden ayudar a determinar las temperaturas óptimas para transportar muestras biológicas.
Un universo de datos
El proyecto GTEx más que triplicará la cantidad de donantes en los próximos 3 años. El éxito dependerá de un sistema de tecnología de información robusto y flexible, señaló Charles Shive, director de desarrollo de programas informáticos en el Laboratorio Nacional Frederick para la Investigación Oncológica.
Una aplicación en línea elaborada por Shive y sus colegas permite que los integrantes del proyecto que tienen diversos niveles de acceso a la información, comuniquen y estudien el progreso del procesamiento de muestras y recolección de datos en tiempo real. "En todo momento podemos localizar dónde se encuentran las muestras en el proceso de GTEx", dijo Shive.
Los patólogos estudian imágenes de todas las muestras de tejido para evaluar la calidad de la muestra biológica. Por medio de la aplicación en línea, los patólogos pueden añadir sus comentarios al "universo de datos asociados a cada muestra", manifestó Shive.
"A menos que se lleve a cabo la investigación y se generen los datos, nadie podrá saber las respuestas", dijo Smith.
Otra de las preguntas que el GTEx podría responder es por cuánto tiempo los tejidos conservan su utilidad científica después de que se ha interrumpido la irrigación sanguínea en un órgano. Durante el estudio piloto, los investigadores del GTEx en el Instituto Broad, en Cambridge, Massachusetts, observaron una reducción en la calidad del ARN que fue vinculada al intervalo transcurrido entre la muerte de la persona y la obtención del tejido. La degradación depende del tipo de tejido y cuánto tiempo pasó desde que se interrumpió la irrigación sanguínea al tejido, según demostraron los investigadores.
"En algunos tipos de tejido, el ARN se conserva en buen estado por muchas horas después de que la sangre deja de circular en el órgano", dijo la doctora Wendy Winckler, quien codirige el equipo Broad del GTEx, el cual lleva a cabo los estudios moleculares, entre ellos el de la secuenciación del ARN. "Pero en el caso del páncreas y el bazo, por ejemplo, si no recibimos el tejido pocas horas después de la muerte del donante, el ARN ya no nos es de utilidad".
A pesar de estos retos, los investigadores se muestran optimistas. "Es extraordinariamente difícil conseguir muestras biológicas para cualquier proyecto de investigación", comentó la doctora Kristin Ardlie, otra de las investigadoras principales del trabajo del GTEx en el Instituto Broad. "Nos ha sorprendido gratamente lo bien que ha funcionado el proceso en este proyecto".
Los investigadores del Broad añaden información trimestralmente a la base de datos de genotipos y fenotipos (dbGP). Los investigadores pueden solicitar acceso a los datos, los cuales carecen de información distintiva que pudiera identificar a los donantes a fin de proteger su anonimato. Además, para 2013 el proyecto tiene previsto poner muestras adicionales a disposición de los investigadores.
Hay muchas preguntas por explorar
Es probable que los datos del GTEx se usen para interpretar los estudios de asociación del genoma completo. En años recientes, estos estudios han identificado variantes genéticas hereditarias asociadas con enfermedades comunes. No obstante, muchas veces las variantes apuntan a regiones del genoma que no tienen genes, lo cual genera dudas a los investigadores sobre cómo las variantes pueden influir en el riesgo de enfermedad.
Una explicación lógica podría ser que estas variantes afectan la regulación de los genes y por lo tanto aumentan (o disminuyen) el riesgo de enfermedad.
"Es posible que muchas variantes comunes asociadas a enfermedades humanas también comunes, tengan más relación con la manera en que afectan la regulación de la expresión génica que con las alteraciones de la estructura proteica", manifestó la doctora Nancy Cox de la Universidad de Chicago, quien se dedica a formular instrumentos estadísticos para analizar datos generados por el GTEx. "Esta es una de las razones por la cual consideramos que el GTEx es un proyecto tan importante".
Al contar con muestras de tantos tipos de tejido, el GTEx también puede ayudar a los investigadores a observar los cambios en la expresión génica en todo el organismo. "El proceso de una enfermedad puede no estar limitado a un tipo de célula o tejido en particular", manifestó la doctora Stranger.
"La gente usará los datos que arroje este proyecto por mucho tiempo y de diversas maneras", agregó. "Hay toda clase de personas que están esperando los resultados del GTEx".
—Edward R. Winstead
