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MEDICINA

Una inmersión en las enfermedades genéticas

El análisis de segmentos de ADN que contienen los genes profundiza el diagnóstico de dolencias

Una placa con millones de exones organizados en ocho pistas que se leerán simultáneamente en el aparato (en segundo plano) del laboratorio de secuenciación a gran escala de la Facultad de Medicina de la USP

Léo Ramos Chaves

En el mes de marzo de este año, en uno de los consultorios del quinto piso del Hospital de Clínicas de la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (HC-FM-USP), el endocrinólogo Alexander Jorge atendió a un matrimonio para determinar la causa probable de la microcefalia y baja estatura de su hija de 4 años. El origen no era la sífilis que la madre había contraído durante el embarazo, tal como se había supuesto inicialmente, sino una mutación en uno de los genes reparadores del ADN al cual se lo conoce con el nombre de BRCA1. El facultativo les explicó que esa mutación, que en la hija se identificaba bajo la forma de homocigosis (dos copias) y en los padres como heterocigosis (una copia) promovía el desarrollo de tumores de mama y ovarios. Acto seguido, la mujer de 32 años le comentó: “Doctor, tengo un nódulo en la axila”. Ése era un indicio de que ella misma podría padecer un cáncer de mama no diagnosticado y ya en expansión. Frente a esa situación, Jorge derivó a la madre de su paciente para que consultara al equipo de oncología, en el edificio de al lado, para que le realizaran un diagnóstico.

Jorge ha afrontado con frecuencia situaciones de ese tipo desde 2013, cuando comenzó a utilizar una técnica que comprende una secuenciación completa de conjuntos de segmentos del ADN conocidos como exones, que representan entre el 1% y el 2% del material genético. En el exoma, que es el conjunto de los exones, se encuentran los 19 mil genes humanos, cuyas mutaciones pueden causar enfermedades. Rara vez se realiza la secuenciación de todo el material genético (genoma) para finalidades médicas, dado que es más caro y provee información sobre tramos del ADN denominados intrones, que sólo excepcionalmente están asociados a enfermedades.

En los últimos años, la secuenciación completa del exoma se impuso al abordaje anterior, que toma pocos exones por vez, y se ha mostrado eficaz para identificar la mutación responsable de ocasionar 8.500 enfermedades genéticas provocadas por un único gen hasta en un 40% de las personas examinadas. “El índice de éxito puede llegar al 80% cuando ya existen genes previamente señalados como candidatos para explicar el cuadro clínico”, asegura Jorge.

El costo de secuenciación del exoma todavía es alto, y en Brasil ese costo puede llegar a sumar 10 mil reales. Otra dificultad reside en que la secuenciación provee una cantidad monumental de información porque cualquier individuo carga con alrededor de 50 mil mutaciones, en su mayoría inocuas. Los análisis requieren de equipos especializados integrados por biólogos, bioinformáticos y médicos para determinar las 20 ó 30 alteraciones más relevantes, que debilitan la función original de los genes y podrían explicar los síntomas de una dolencia.

Léo Ramos Chaves En la Facultad de Medicina de la USP, la bióloga Amanda Narcizo…Léo Ramos Chaves

Pese a sus propias limitaciones, esta técnica ha ayudado a solucionar diagnósticos inciertos y a encauzar tratamientos. Luego de identificar la mutación en el gen BRCA1, que podría explicar la microcefalia y la escasa estatura de la niña, basándose en parte en relatos similares en otros países, Jorge arribó a la conclusión de que no debía adoptar el tratamiento tradicional para la baja estatura, con el suministro de hormonas de crecimiento, un tratamiento que podría elevar el riego de desarrollar un cáncer.

La secuenciación del exoma está introduciendo una nueva forma de trabajo ‒más abierta y colaborativa‒ entre investigadores y clínicos. En el mes de septiembre de 2016, Jorge no contaba con pruebas para confirmar si una mutación en el gen BCL11B sería la causa de la deficiencia intelectual, malformación del arco dentario y baja estatura de un adolescente. Investigó en el sitio web GeneMatcher, un portal que comparte información sobre mutaciones genéticas y sus posibles consecuencias con médicos, investigadores y pacientes. Su relato les llamó la atención a científicos de Alemania y Estados Unidos que estudiaban casos similares asociados a aquella mutación, y a él le permitió confirmar el diagnóstico y recabar información sobre una nueva enfermedad que podría facilitarles la labor a otros médicos.

“Cuanto más minuciosas sean las descripciones de los cuadros clínicos de los pacientes y de las familias, con hipótesis diagnósticas consistentes, mayor será la posibilidad de realizar una interpretación correcta del exoma”, dice la bióloga Maria Rita Passos Bueno, una de las coordinadoras del Centro de Investigaciones sobre el Genoma Humano y Células Madre (CEGH-CEL) del Instituto de Biociencias de la USP. En general, los médicos, los centros de investigación y los laboratorios encargados de los diagnósticos trabajan de manera aislada, pero la integración de distintos equipos, el intercambio de información y la armonización de los procedimientos técnicos y éticos podrían beneficiar a los pacientes, a los investigadores y a los equipos médicos, según un estudio llevado a cabo por un grupo del Instituto Nacional del Cáncer de Holanda que se publicó en mayo en la revista Annals of Oncology.

Un gen, varias enfermedades
Los análisis del exoma están indicando que ciertas enfermedades que anteriormente se consideraban distintas podrían tener un mismo origen genético. El equipo de Mendelics, una de las empresas de São Paulo especializadas en análisis genéticos, en funcionamiento desde 2013, constató que el gen TRPV4 podría causar tanto enfermedades musculares como óseas. En su doctorado realizado en la Universidade Estadual Paulista (Unesp), bajo la dirección de la bióloga Silvia Rogatto, la también bióloga Maísa Pinheiro identificó una alteración en un gen de reparación del ADN –cuyo presentación se concretará en un artículo remitido para su publicación– como posible causa del cáncer de mama y de tiroides. Pinheiro identificó esa mutación en pacientes tratados en el A.C.Camargo Cancer Center, en la ciudad de São Paulo, que presentaban uno de los dos o ambos tipos de cáncer, además de familiares afectados por esos mismos tumores. “El cáncer de mama y el de tiroides podrían componer un síndrome de predisposición hereditario”, sugiere Pinheiro, actualmente trabajando en la Universidad del Sur de Dinamarca, en la ciudad de Odense.

La secuenciación del exoma ha sido cada vez más utilizada por grupos de investigación en São Paulo, Belo Horizonte, Porto Alegre, Recife, Brasilia y otras ciudades para descubrir las causas de los tumores, de enfermedades óseas, musculares, neurológicas y otras, cuyo origen es genético. Un grupo del Baylor College of Medicine, de Estados Unidos, realizó la secuenciación del exoma de 2 mil pacientes, mayoritariamente niños, con sospecha no confirmada de enfermedades genéticas asociadas a un retraso en el desarrollo neurológico. A todos se les habían practicado test bioquímicos de sangre, que no definieron la causa de sus enfermedades. Tal como se relató en un artículo de 2014 en el periódico Journal of the American Medical Association, las mutaciones reveladas por la secuenciación del exoma dilucidaron la causa de las enfermedades en 504 pacientes y permitieron planificar un tratamiento y el asesoramiento genético familiar.

El CEGH-CEL atiende a familias con trastornos genéticos desde 1968, trabaja con la secuenciación del exoma desde 2012 e identificó nuevas mutaciones causantes de autismo, enfermedades musculares y óseas, deficiencia intelectual, obesidad y sordera. En el mes de septiembre, el laboratorio de análisis genéticos del centro empezará a ofrecer el miniexoma, a un costo aproximado de 4 mil reales, para buscar mutaciones en hasta 6.709 genes ya asociados a enfermedades genéticas, en lugar de examinar el total de los 19 mil genes. La reducción del precio puede expandir el uso de esta técnica en el sistema de salud brasileño.

Léo Ramos Chaves …prepara una placa con 96 microtubos para la fragmentación acústica de segmentos del ADN, la etapa inicial de la secuenciación de exomasLéo Ramos Chaves

El médico y bioinformático Guilherme Yamamoto, que trabaja en el Instituto del Niño del Hospital de Clínicas y en el CEGH-CEL, evaluó la eficacia del miniexoma para la detección de mutaciones en 500 genes responsables de un grupo de 26 enfermedades genéticas en recién nacidos con énfasis en errores innatos del metabolismo. Amparándose en esa estrategia de secuenciación focalizada de genes, repitió los test genéticos en 90 personas: 45 niños atendidos en el Hospital de Clínicas de Porto Alegre y otros 45 que conformaron el grupo de control. Sin conocer el diagnóstico previo, Yamamoto halló un resultado falso positivo y otro verdadero positivo en el grupo de los 45 que inicialmente no presentaban enfermedad genética. En el otro grupo identificó la afección genética cabalmente en 22 de los 45 niños. El test mostró una sensibilidad total del 50% y del 73% en el grupo de los errores innatos del metabolismo, si bien no detectó los casos de distrofia muscular, epilepsia e inmunodeficiencia.

“La evaluación por test genético tiene una alta especificidad, dado que tan sólo detectó un falso positivo”, argumentó Yamamoto. Según el investigador, ese abordaje podría ser complementario al cribado neonatal, conocido popularmente como prueba del talón, que detecta enfermedades genéticas, metabólicas e infecciosas. “La prueba del talón ofrece baja especificidad, con alta frecuencia de falsos positivos, para algunas de las enfermedades evaluadas”, dice. Según él, la mejora en la precisión de la detección de enfermedades genéticas en los recién nacidos podría adelantar el comienzo del tratamiento.

“La secuenciación del exoma funciona bien para la identificación de errores innatos del metabolismo”, coincide el neurólogo Fernando Kok, docente de la FM-USP y director médico de Mendelics. Su empresa se propone lanzar este año un test para identificar mutaciones en 260 genes responsables de 150 enfermedades genéticas en recién nacidos.

Reproducción de análisis
En la empresa Mendelics, biólogos, genetistas y médicos reciben los resultados ordenados mediante un programa de computación denominado Abracadabra, desarrollado por el grupo liderado por el neurólogo David Schlesinger, presidente de la empresa y destacado en 2014 por la publicación MIT Technology Review como uno de los 10 investigadores con menos de 35 años más innovadores de Brasil (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 220). El software Abracadabra filtra las mutaciones por grupos de enfermedades, indicando aquellas perjudiciales y suprimiendo los hallazgos incidentales en genes de menor interés, detectando automáticamente relatos similares en bases de datos online.

Otro programa del equipo del bioinformático João Paulo Kitajima, también de Mendelics, comenzó a testearse en agosto para la identificación de genes que escapan a los análisis normales del exoma. Esos genes presentan una peculiaridad: no toleran la pérdida de función de una de sus copias, son los denominados constraints. Mediante esta estrategia, se espera poder resolver los casos irresueltos. En dos días de trabajo, la médica genetista Luiza Ramos detectó una alteración genética que podría explicar uno de los primeros 52 casos no resueltos analizados por medio del nuevo programa. Frente a otra computadora de la misma sala, la médica genetista Fabíola Monteiro comentó que los análisis de exomas están ampliando el conocimiento sobre genética, al revelar muchas formas y causas para las mismas enfermedades. “Lo que está escrito en los libros de genética”, dice, “es demasiado poco frente a lo que estamos viendo”.

Para entender los resultados
En la Universidad de Campinas (Unicamp), un grupo coordinado por la médica genetista Iscia Lopes Cendes desarrolla actualmente programas de computación para facilitar la interpretación de los resultados de la secuenciación de exomas, que puede resultar útil para buscar la causa de enfermedades causadas solamente por un gen. Estos programas también relacionan esas informaciones con las disponibles en bases de datos tales como la Iniciativa Brasileña en Medicina de Precisión (BIPMed), con información genética específica de la población brasileña. Los primeros programas se habilitarán para el uso público incluso este mismo año, comenta Lopes Cendes, quien se desempeña como docente en la Facultad de Ciencias Médicas de la Unicamp e investigadora del Instituto Brasileño de Neurociencia y Neurotecnología (Brainn), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid) financiados por la FAPESP.

Más allá de la prospección de nuevas estrategias para evaluar la secuenciación de exomas, el grupo de Lopes Cendes también estudia la relación entre el costo y el beneficio de incorporar ese análisis al sistema público de salud. En el marco de un estudio que atraviesa su fase final de desarrollo con 150 pacientes, la médica genetista Joana Trotta verificó que el exoma podría indicar la causa probable del 80% de las dolencias neurodegenerativas que aparecen en la vida adulta, tales como ataxia y demencia, no siempre detectadas incluso luego de sucesivos estudios por imágenes. El porcentaje de diagnósticos positivos para la discapacidad intelectual fue del 20%, 10 veces más elevado que el obtenido mediante la técnica adoptada en el servicio público de salud, consistente en el análisis de cromosomas (cariotipo). “Al incrementar la tasa de diagnósticos correctos sobre el origen de las enfermedades, los gastos en otros análisis y consultas se reducen y el tratamiento, cuando fuera posible, puede iniciarse inmediatamente”, relata Lopes Cendes.

Proyectos
1. Nuevos abordajes y metodologías en la investigación genético-molecular de los trastornos del crecimiento y desarrollo puberal (nº 13/03236-5); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Alexander Augusto de Lima Jorge (USP); Inversión R$ 2.948.891,06
2. CEGH-CEL – Centro de Investigaciones sobre el Genoma Humano y Células Madre (nº 13/08028-1); Modalidad Centro de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid); Investigadora responsable Mayana Zatz (USP); Inversión R$ 27.221.413,39 (para la totalidad del proyecto).

Artículos científicos
VIS, D.  J. et al. Towards a global cancer knowledge network: Dissecting the current international cancer genomic sequencing landscape. Annals of Oncology. v. 28, n. 5, p. 1145-51. 2017.
YANG, Y. et al. Molecular findings among patients referred for clinical whole-exome sequencing. JAMA. v. 312, n. 18, p. 1870-79. 2014.