p Uma equipe interdisciplinar de pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveu uma tecnologia para sequenciamento e haplotipagem muito precisos de genomas de células humanas individuais. Suas descobertas foram publicadas online antes do Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) edição impressa. p "O sequenciamento preciso de células individuais permitirá a identificação de mutações que causam câncer e doenças genéticas, "disse o autor sênior Kun Zhang, professor de bioengenharia na Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs. "Ao mesmo tempo, haplotipagem precisa permitirá a genotipagem de haplótipos, combinações de diferentes genes ou alelos como um grupo de qualquer um dos pais. "

p Os co-autores de Zhang do Departamento de Bioengenharia incluem o professor Xiaohua Huang e o pesquisador de pós-doutorado e ex-aluno Wai Keung Chu (M.S., Ph.D. '11, '16), quem é o primeiro autor do artigo PNAS. Colaboradores da pesquisa do Departamento de Ciência da Computação e Engenharia (CSE) incluem o professor Vineet Bafna, que é especialista em bioinformática no Center for Microbiome Innovation e no CHO Systems Biology Center, ambos na UC San Diego, Ph.D. estudante Peter Edge, e ex-aluno do CSE, Vikas Bansal (Ph.D. '08), agora um corpo docente afiliado em CSE e professor de pediatria na UC San Diego School of Medicine. Somando-se às raízes interdisciplinares do projeto está o ex-aluno do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação (ECE) Ho Suk Lee (M.S., Ph.D. '11, '15), agora na Broadcom, que emprestou sua experiência em dispositivos microfluídicos para análise de célula única, bem como anos de trabalho nos laboratórios de bioengenharia dos professores Zhang e Huang.

p As aplicações clínicas do sequenciamento do genoma exigem alta precisão no sequenciamento de DNA. De acordo com Bafna do CSE, até agora, muitas aplicações estavam fora dos limites porque as tecnologias atuais não eram precisas o suficiente para serem feitas no nível de uma única célula humana.

p "Muitos indivíduos carregam alelos que causam doenças genéticas ou os predispõem ao câncer, "disse Bafna." Cada gene tem dois alelos, um de cada pai. Um dos alelos pode conter mutações causadoras de doenças. Os portadores podem ser assintomáticos, mas seus descendentes podem apresentar sintomas devido à combinação de alelos ou haplótipos ruins de ambos os pais. "

p Veja o caso de casais que desejam engravidar por meio de fertilização in vitro (FIV). "Para diagnósticos genéticos antes da implantação de fertilização in vitro, uma vida humana está envolvida, então a maior precisão é necessária, "explicou o professor de bioengenharia Xiaohua Huang." Com a nossa tecnologia, podemos fazer sequenciamento altamente preciso e haplotipagem do genoma com base em uma única célula biopsiada de embriões iniciais. "

p Além de diagnósticos pré-implantação de fertilização in vitro e detecção precoce do câncer, outras aplicações potenciais da tecnologia desenvolvida pela UC San Diego incluem a verificação de alta qualidade de células humanas editadas pelo genoma para fins terapêuticos. "Com a explosão no uso de CRISPR / Cas9 e outras técnicas de edição de genoma direcionadas, novos tratamentos podem ser versões ajustadas das células do próprio paciente, "disse o primeiro autor e aluno de doutorado em bioengenharia Wai Keung Chu." A tecnologia torna possível usar uma única célula do gene 'editado' e retornar resultados que seriam tão precisos como se sequenciassemos muitas células. "

p A tecnologia em questão tem dois aspectos novos:um processador microfluídico que permite a manipulação de células únicas e fitas cromossômicas separadas em câmaras diferentes; e métodos computacionais que exploram as informações da cadeia para haplotipagem e correção de erros. Os cientistas da UC San Diego o apelidaram de "Sequenciamento de cadeia única usando reatores micrOfluídicos" (SISSOR).

p "Essencialmente, ele permite o sequenciamento simultâneo de fragmentos muito longos de todas as quatro fitas do DNA cromossômico de ambos os pais, "explicou o aluno de Ph.D. em bioinformática do CSE, Peter Edge, que trabalha no laboratório de Ciência da Informação do Genoma do professor de Pediatria Vikas Bansal. "Isso nos permite fazer comparações e corrigir erros."

p A técnica SISSOR também quebra o que tem sido chamado de 'maldição das polimerases', que introduzem erros ao fazer cópias do DNA. Infelizmente, observou Bafna do CSE, "não podemos ler as informações do genoma de células individuais sem polimerases, então tivemos que encontrar uma solução que eliminasse esses erros. "

p Com base em suas descobertas, os co-autores do artigo da PNAS foram capazes de demonstrar "o sequenciamento do genoma de uma única célula mais preciso até o momento".

p O autor sênior Kun Zhang diz que a natureza interdisciplinar da colaboração de pesquisa foi crítica para encontrar uma maneira mais precisa de sequenciar o DNA de células individuais. "Nossa abordagem pode fornecer simultaneamente maior precisão e haplótipos mais longos do que outras abordagens existentes, "concluiu Zhang." Esta inovação exigiu conhecimentos que vão além do que normalmente existe em um único departamento, e este caso é um testemunho da crescente cultura de pesquisa interdisciplinar da UC San Diego que nos permitiu atrair colaboradores de outros departamentos que eram essenciais para uma tecnologia cuja recompensa será medida em vidas salvas - e talvez mais crianças saudáveis ​​nascidas por via in vitro fertilização."