Con la ayuda de láminas especiales de vidrio dimensiones semejantes a las un dedo índice – los llamados microarrays o chips de ADN -, el investigador Sergio Verjovski-Almeida, del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ/USP), ha encontrado seis genes nunca antes descritos en la literatura médica que pueden estar relacionados con el cáncer de próstata, el segundo tipo de tumor en frecuencia entre los hombres en Brasil, país en el que se registran anualmente casi 21 mil nuevos casos de esa enfermedad. Si se comprueba su vinculación con este tipo de cáncer, los genes, cuyos nombres y localización son mantenidos por ahora en secreto, pueden transformarse en una importante herramienta de auxilio en el diagnóstico precoz de la dolencia o de su evolución clínica.
“Debemos realizar aún más estudios, con más pacientes, para tener certeza sobre la posible implicación de esos genes en el cáncer de próstata”, dice Verjovski, coordinador de uno de los siete subproyectos del instituto que forman parte del Cage (sigla en inglés que significa Cooperación para el Análisis de la Expresión de Genes). Además de profundizar las investigaciones con tejidos de la próstata, el bioquímico realiza un trabajo similar de búsqueda de genes vinculados al cáncer de pulmón.
El dominio de todo el proceso de construcción, experimentación y análisis de los microarrays – el principal objetivo del Cage – permite confeccionar chips a la medida. Esto puede llevar a resultados interesantes, más aún cuando se tiene a mano la materia prima diferenciada para poner en esoschips – genes o potenciales genes aún no estudiados con relación a determinadas patologías o situaciones. Ése fue el caso del equipo de Verjovski. Utilizando los equipamientos del laboratorio de microarrays del Cage, inaugurado en el Instituto de Química en diciembre de 2000, los investigadores construyeron un chip de ADN inédito en el mundo. En un microarray, en el cual caben miles de secuencias genéticas, depositaron 4 mil genes.
La mitad de dichos genes ya era conocida, muchos de ellos tienen participación en algunos tipos de cáncer. La otra mitad estaba compuesta por 2 mil ESTs (Etiquetas de Secuencias Expresadas, regiones del genoma candidatas a ser genes), generadas por el propio instituto para el Proyecto Genoma Humano do Cáncer, una iniciativa conjunta de la FAPESP y de la filial de São Paulo del Instituto Ludwig. En esas 2 mil ESTs obtenidas por medio de la investigación genómica paulista y no disponibles en los chips comerciales de ADN vendidos en el mundo, se encuentra uno de los grandes secretos del buen resultado alcanzado por el microarray de Verjovski. “Difícilmente alguien en el mundo tenga un chip igual al nuestro”, afirma el investigador.
Un detalle importante: loschips y sus experimentos deben ser efectuados en un ambiente sumamente aséptico y controlado, para no comprometer la confiabilidad de los datos. Para los microarrays, la llamada sala limpia debe tener una temperatura en torno a los 22º C, humedad relativa del ambiente entre el 45% y el 53% y como máximo 10 mil partículas de polvo por pie cúbico de aire, un estándar mil veces más severo que el de una sala de operaciones esterilizada de un hospital. “El montar y mantener un laboratorio de éstos no es una operación trivial”, dice Hugo Armelin, también del Instituto de Química, coordinador general del Cage. El laboratorio de microarray puede fabricar simultáneamente 36 chips de ADN en cuatro horas.
¿Cómo se colocan los genes en una lámina? La descripción de lo que se hizo en el Instituto de Química brinda una noción del proceso. Clones de las ESTs del Genoma Humano del Cáncer, mantenidos en freezers en el laboratorio del Cage, fueron amplificados mediante un método denominado PCR (reacción en cadena de polimerasa) y, con la ayuda de un robot, fueron depositados uno por uno en los reservorios microscópicos (con forma de punto o de circunferencia) del chip. Una cosa similar se hizo con los otros 2 mil genes ya conocidos.
Luego, el material celular de los tejidos normales y aquéllos con cáncer – retirados de 60 pacientes del Hospital Albert Einstein de São Paulo y del Hospital del Cáncer del Instituto Nacional del Cáncer de Río de Janeiro, con tumores de próstata en un estadio intermedio – fueron adicionados al chip con 4 mil genes, en un proceso denominado hibridación. Los tejidos sanos fueron marcados con colorante fluorescente verde, y aquéllos con cáncer, con rojo.Una vez hecho esto, el microarray está listo para suministrar indicios acerca de cuáles genes son más o menos expresados (usados) por las células sanas y por aquéllas con tumores. Se mide la expresión de los genes en los dos tipos de tejido con la ayuda de un escáner de láser y de software.
El resultado son figuras como las que aparecen junto a este reportaje. Cada bolita representa un gen. El color verde significa que el gen en cuestión es más expresado en el tejido normal que en los tumores. El rojo quiere decir lo contrario. Y el amarillo significa que la expresión es la misma tanto para uno como para el otro tipo de tejido. Después de los tratamientos y los modelados computacionales, la expresión de los genes en los dos tipos de tejido es comparada y analizada.
Todas las células de un organismo, normal o con cáncer, tienen el mismo ADN, los mismos genes. Pero cada célula, de acuerdo a su función y a otros parámetros, expresa (utiliza), con mayor o menor intensidad, ciertos genes en algunos momentos, mientras los demás permanecen inactivos. Por tanto, pese a que ambas disponen de ADNs iguales, una célula normal exhibe un patrón de expresión de genes diferente al de una célula cancerígena. El uso de microarrays permite conocer qué genes son usados (y con qué intensidad) en una infinidad de situaciones.
Mamíferos y naranjas
Al margen del cáncer de próstata, seis proyectos del Cage trabajan con la tecnología dechips de ADN, analizando la expresión de genes relacionados con diferentes procesos o patologías en organismos distintos. Armelin, por ejemplo, estudia el ciclo celular en mamíferos y, para tal fin, está desarrollando un microarray a partir de 33 mil ESTs de ratones.Otro grupo, coordinado por Suely Lopes Gomes, logró colocar en un chip más del 90% de los cerca de 2.800 genes de la bacteria Xylella fastidiosa, cuyo genoma fue secuenciado por la Organización para el Secuenciamiento y el Análisis de Nucleótidos (Onsa), una red de laboratorios creada por la FAPESP.
La principal meta de los investigadores es comparar la expresión de genes en las distintas cepas de la bacteria, que causa la Clorosis Veteada de los Cítricos (CVC), la popular plaga amarilla, nociva para los naranjales. “Vamos a intentar entender por qué uno de esos linajes no puede ser modificado por la ingeniería genética mientras que el otro acepta esas alteraciones”, dice Aline Maria da Silva, del Departamento de Bioquímica, que participa del subproyecto y es una de las responsables por el laboratorio de microarray. “En un mes pondremos todos los genes de la Xylella en el chip y obtendremos así la versión final del microarray.”
Otra iniciativa del Cage consiste en construirchips de ADN para estudiar la expresión genética de diferentes linajes y estadios evolutivos del parásito Trypanosoma cruzi, el protozoario causante de la Enfermedad de Chagas. El principal objetivo de ese trabajo es, eventualmente, identificar genes o conjuntos de genes que puedan ser determinantes del grado de severidad de la dolencia. “Cerca del 60% de los portadores del parásito no desarrolla la enfermedad”, dice Bianca Zingales, coordinadora de este subproyecto, cuyos primeros resultados con microarray están previstos para el año próximo.
“Otro 30% desarrolla cardiopatías graves, y otro 10% presenta problemas digestivos”. En el ámbito del Cage existen también otros tres subproyectos que estudian la expresión de genes en distintos microorganismos: la ameba Dictyostelium discoideum (cuyos genes son similares al conjunto de genes humanos, empero en un número diez veces menor), la bacteria Xanthomonas campestris (que provoca enfermedades en especies vegetales) y la levadura Saccharomyces cerevisiae.
Programas
Por último, el Cage cuenta también con la participación de un grupo de investigadores del Instituto de Matemática y Estadística (IME) de la USP, que trabaja en sintonía con los investigadores de Química en el desarrollo de una serie de bancos de datos, software y modelos computacionales para el análisis de la expresión de los genes en chips de ADN. Éste es un sector estratégico de los estudios con microarrays, que generan una cantidad enorme de informaciones y requieren de programas y modelos matemáticos eficientes para realizar el procesamiento de datos – la separación entre aquello que es estadísticamente importante y lo que es secundario.
Existen programas comerciales o de dominio público que hacen eso, pero tienen sus limitaciones. “Muchos de ellos son una caja negra”, dice Junior Barrera, coordinador del Núcleo de Bioinformática del IME y miembro del Cage. “No sabemos precisamente cómo éstos funcionan, y tampoco tenemos certeza acerca de qué miden”. Al margen de ello, algunos software requieren una interacción tan intensa del usuario que dos investigadores, utilizando el mismo programa, pueden llegar a resultados diferentes.
Los bioinformáticos paulistas, que ya han publicado por lo menos tres artículos en revistas internacionales en razón de sus trabajos en el Cage, están intentando minimizar esos problemas. En algunos casos, han obtenido buenos resultados: en conjunto con colegas de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos, han creado un software para la visualización de imágenes. En breve, dicho programa estará disponible para su descarga en la página del NIH.
EL PROYECTO
Cage – Cooperation for Analysis of Gene Expression
Modalidad
Proyecto temático
Coordinador
Hugo Aguirre Armelin – Instituto de Química da USP
Inversión
R$ 1.973.072,96
