Mediante el uso de este chip de microfluidos, Quake, un biofísico de la Universidad de Stanford, ha diseñado una forma de obtener datos que faltan en casi todas las secuencias del genoma humano: a qué miembro de un par de cromosomas pertenece un gen.
Un tipo de tecnología que facilitase identificar las variaciones entre los cromosomas podría tener un impacto enorme en la investigación genómica fundamental y la medicina personalizada. "Esta es definitivamente la próxima frontera", afirma Nicholas Schork, genetista de estadística en el Instituto de Investigación Scripps. En la actualidad, asegura, "nos estamos perdiendo todos los tipos de fenómenos biológicos que se producen como resultado de que los seres humanos tengan pares de cromosomas".
Cuando los científicos secuencian genomas humanos, ignoran el hecho de que los cromosomas vienen en pares, con una copia heredada de la madre y otra del padre. (El cromosoma Y, que determina el género, es la excepción). Las técnicas estándar mezclan datos genéticos de los dos cromosomas para producir una única secuencia.
La alte ativa de Quake consiste en separar físicamente los cromosomas antes del análisis genómico. Las células se canalizan en el chip; cuando Quake visualiza una a punto de dividirse (una etapa en la que los cromosomas son más fáciles de manipular), atrapa la célula en una cámara y rompe sus membranas, haciendo que los cromosomas se derramen. Después se distribuyen al azar en 48 cámaras más pequeñas. Si bien es posible que más de un cromosoma termine en una única cámara, es muy poco probable que un cromosoma termine con su pareja. Mediante el uso de técnicas estándar, a continuación los cromosomas son secuenciados o examinados a la búsqueda de variantes genéticas.
Otros grupos han seguido estrategias diferentes para secuenciar cromosomas individuales. Sin embargo, Quake piensa que la suya posee una ventaja sobre las demás puesto que no se basa en descifrar y reconstruir los cromosomas a partir de un grupo mixto de fragmentos de ADN. "Por la forma en que físicamente preparamos la muestra, sabemos que el resultado es correcto", afirma.
Si los costes logran bajar lo suficiente, la técnica de Quake se utilizará ampliamente, afirma Meredith Yeager, científica senior en el Centro de Genotipado del Instituto Nacional del Cáncer. La capacidad de saber de forma rutinaria dónde se encuentran las variantes genéticas en los distintos cromosomas "realmente es algo grande", asegura Yeager. "El contexto es importante".
Por ejemplo, si una prueba detecta dos mutaciones independientes en un gen relacionado con una enfermedad, ahora es imposible saber si un cromosoma tiene las dos mutaciones o si cada cromosoma tiene una. Un paciente que tenga al menos una buena copia del gen es mucho más propenso a escapar de la enfermedad o a experimentarla de una forma relativamente suave. Tanto si el objetivo es predecir las respuestas a un medicamento para el asma o encontrar mejores candidatos para los trasplantes de médula ósea, la exactitud de la medicina personalizada podría con el tiempo depender de la comprensión de la variación entre los cromosomas.
Fluidigm, la empresa del sur de San Francisco que Quake cofundó en 1999 para comercializar los chips de microfluidos, está buscando formas de automatizar el chip de separación de los cromosomas para que no se requieran tantos conocimientos para su uso. Quake espera descubrir "algo realmente interesante" acerca de la diversidad humana o de la región del genoma que define las respuestas del sistema inmunológico. Esta región ha sido difícil de entender porque posee una gran variación genética, y los científicos carecían, hasta ahora, de un instrumento para estudiarla cuidadosamente.