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Revista Nº 74 Marzo - Abril 2017

Sumario Bioqumica Empresarial Diagnstico Bioqumico Agenda Arte Bioagenda

Diagnstico Bioqumico


De la Secuenciación a la Aceleración Hardware de los Programas de Alineación de ADN, una Revisión Integral

Autor: D. Pacheco Bautista M. González Pérez I. Algredo Badillo

En los últimos años ha ocurrido un avance impresionante en las máquinas de secuenciación paralela masiva, también llamadas de secuenciación de siguiente generación (NGS), por ejemplo, máquinas recientes como Illumina Hiseq son capaces de generar millones de lecturas en una sola corrida. No obstante, estas tecnologías están limitadas a secuenciar solo fragmentos pequeños de material genético (entre 35 y 1100 nucleótidos), por lo que para secuenciar un genoma completo es necesario dividir la cadena, secuenciar y posteriormente ensamblar las lecturas cortas obtenidas. En este trabajo se revisan y comparan las tecnologías de secuenciación recientes, se estudia el proceso de ensamble de genomas completos y se establece formalmente el problema de la alineación. También se incluye un resumen de los principales programas de alineación y sus algoritmos que lo soportan. Finalmente, después de concluir que las tecnologías de secuenciación han superado en velocidad por un factor mayor a 10x a los programas de alineación, se revisa la aceleración Hardware como alternativa para acelerar tales programas. Este trabajo al ser una revisión integral pretende contribuir al desarrollo de investigación en el área de bioinformática en el país.

Palabras clave: secuenciación NGS, mapeo, bioinformática, aceleración hardware.

Introducción

La secuenciación de ADN, es el proceso mediante el cual se determina el orden de las bases nucleicas (Adenina, Guanina, Citosina y Timina) dentro de una cadena de ADN, siendo una tarea clave en biología molecular, genómica y medicina (1). En los últimos años, los avances tecnológicos han hecho posible secuenciar en forma más económica y rápida enormes cantidades de material genético abriendo oportunidades sin precedentes para la investigación y el diagnostico. La secuenciación de ADN tiene una lista larga y versátil de aplicaciones, siendo una tecnología clave en la investi-gación de algunos tipos de cáncer, así como del VIH, ayuda también a incrementar el conocimiento básico de organismos y células, a enfermedades. Adicionalmente el precio de secuenciar un genoma humano pronto caerá por debajo de 1000 dólares, este precio ha sido considerado por mucho tiempo el punto clave para la generalización de la medicina personalizada. La idea es que una vez que el precio caiga por debajo de esa cantidad, finalmente sea suficientemente efectivo en costo para permitir a los médicos, entregar tratamientos basados en la genética del paciente. En lugar de administrar trata-mientos basados en exámenes y síntomas, el médico será capaz de revisar el genoma del paciente para diagnosticar y perfeccionar tratamientos desde la diabetes hasta el alzhéimer. Lamentablemente, las máquinas de secuenciación actuales están limitadas a secuenciar segmentos cortos de ADN, por lo que para secuenciar un genoma completo es necesario dividirlo en segmentos, secuen-ciarlos y posteriormente ensamblar los códigos obtenidos mediante software sofisticado con elevada complejidad temporal y espacial.
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