¿Cuál es la mejor plataforma de secuenciamiento?

Estudio compara la rapidez, precisión y eficiencia de las tres principales plataformas de secuenciamiento de ADN.

La tecnología ha avanzado tan rápido que hemos llegado a un punto en el que los secuenciadores de ADN no son más grandes que una simple impresora multifuncional. Parece ayer cuando la secuencia del genoma humano fue presentado al mundo, más de una década después de haberse iniciado el proyecto. Ahora, lo podríamos hacer en unas pocas semanas con un presupuesto cien mil veces inferior al original.

Un grupo de investigadores ingleses, liderados por el Dr. Mark Pallen de la Universidad de Birmingham, han comparado las tres plataformas de secuenciamiento de alto rendimiento (el famoso ‘high-throughput’) más populares del mercado: Ion Torrent Personal Genoma Machine (PGM) de Life Technologies, MiSeq Personal Sequencer de Illumina y 454 GS Junior de Roche; en función a su rapidez, precisión y eficiencia. La prueba fue secuenciar el genoma de la E. coli O104:H4, bacteria responsable del brote del síndrome urémico hemolítico ocurrido en Alemania el año pasado. Los resultados fueron publicados el 22 de abril de Nature Biotechnology.

Características generales

El 454 GS Junior salió al mercado a inicios del 2010, siendo la evolución del famoso 454 GS FLX. Lo que hace es básicamente romper el ADN en pequeños fragmentos, para luego capturarlos en esferas microscópicas y empezar a copiarlos, añadiendo nucleótido por nucleótido. Cada vez que un nucleótido se une al fragmento original que sirve de molde, emite una luz que es recibida y transformada en una señal digital por una cámara especial. La computadora lee esta señal y la transforma en una secuencia de letras. Este proceso lo hace miles de veces simultáneamente, y es así como puede obtener la secuencia completa de un pequeño genoma, por ejemplo, de una bacteria, en unas pocas horas.

El Ion Torrent PGM ya lo vimos en detalle en un post anterior [Véase “Secuenciamiento en chips”]. Resumiendo, lo que hace este equipo es algo similar al procedimiento del 454 GS Junior, pero que en vez de usar luminiscencia y detectores de luz, usa sensores de voltaje capaces de detectar los Hidrógenos (H+) liberados cada vez que un nucleótido se une a la nueva cadena en formación. En otras palabras, la señal es el cambio de pH ínfimo en la solución de reacción. El proceso se lleva a cabo en chips con más de once millones de pocillos, lo que permite tener la secuencia completa del genoma de una bacteria en un sólo proceso.

Por otro lado, el MiSeq salió al mercado hace menos de un año y es la evolución del Solexa. Este secuenciador funciona de manera parecida al 454 GS Junior, pero no usa microesfereas para llevar a cabo la reacción de síntesis del fragmento de ADN molde, sino una lámina cubierta por secuencias específicas. Los nucleótidos son detectados uno a uno mediante la luminiscencia que emiten a medida que se van uniendo a la cadena en formación.

Precios y eficiencia

[Los precios son referenciales varían de acuerdo a la región geográfica]

• El 454 GS Junior tiene un precio de $108.000. Cada proceso genera 35 millones de bases de información (Mb) con un costo de $1100 y en un tiempo de ocho horas.
• El Ion Torrent PGM cuesta $80.490. Cada proceso genera entre 10 Mb y 1000 Mb de información —dependiendo del chip usado— con un costo de $225 a $625 y en un tiempo de tres horas.
• Por su parte, el MiSeq cuesta $125.000. Cada proceso genera 1600 Mb de información con un costo de $750 y en un tiempo de 27 horas. Además, presentó la menor tasa de error de los tres secuenciadores.

De esto podemos concluir que la plataforma más eficiente y precisa es el MiSeq, generando aproximadamente 1600 Mb de información por cada corrida, a medio dólar por cada Mb y con una tasa de error menor al 0.1%. El más rápido fue el PGM Ion Torrent con una velocidad que puede alcanzar los 330 Mb por hora pero con una tasa de error que alcanza el 1.5% (unos 15 errores por cada Mb), específicamente en fragmentos donde las secuencias son repetitivas. Y el que generaba los fragmentos de secuencias más largos (mayor a 600 bases) y permitía un mejor ensamblaje del genoma fue el 454 GS Junior; sin embargo, presenta una eficiencia de sólo 70 Mb por cada corrida y una velocidad de 9 Mb por hora.

Entonces, la respuesta a la pregunta dependerá del tipo de trabajo que uno hará. Cada un tiene sus propias ventajas y desventajas. Si bien el MiSeq es el que mayor eficiencia y menor tasa de error presenta, los fragmentos de secuencias generados son muy cortos (menores a 150 bases), dificultando enormemente el ensamblaje final del genoma y generando uno de regular calidad. El 454 GS Junior forma fragmentos mucho más largos que facilitan el ensamblaje final del genoma, pero su eficiencia es muy baja. Y el PGM Ion Torrent genera fragmentos mucho más cortos pero presentan una gran eficiencia y velocidad de secuenciamiento, así como también, un menor precio.

¿Secuenciar nuestro genoma será rutinario?

La carrera hacia el secuenciamiento del genoma humano por $1000 se hace cada vez más fuerte, sobre todo después de la salida al mercado de la nueva plataforma de secuenciamiento de Nanopore. Tal vez, dentro de algunos años, no sea raro ver a personas caminando con una copia de su genoma en su pen-drive o en su carpeta de Dropbox.

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Referencia:

Loman, N., Misra, R., Dallman, T., Constantinidou, C., Gharbia, S., Wain, J., & Pallen, M. (2012). Performance comparison of benchtop high-throughput sequencing platforms Nature Biotechnology DOI: 10.1038/nbt.2198

Este post participa en la XII Edición del Carnaval de Biología que organiza Raúl de la Puente (@doctorGENoma) en su "Blog de laboratorio".