Els mitocondris són orgànuls cel·lulars que generen la major part de l'energia necessària pel funcionament cel·lular. Produeixen el 90% de l'energia que el nostre cos requereix per funcionar.

Els mitocondris, a diferència d'altres orgànuls cel·lulars, tenen el seu propi ADN (ADNmt) de només 16.569 parells de bases que codifiquen per a funcions vestigials del que abans era un organisme endosimbiotic. L'ADNmt es transmet de la mare als seus fills i es pot utilitzar per establir vincles familiars materns. Tanmateix, el que és més important, moltes mutacions de la línia germinal o de l'ADN somàtic en el genoma mitocondrial estan associades a diverses malalties humanes i a l'envelliment.

L’estudi de l'ADN mitocondrial és un repte tenint en compte la problemàtica dels mètodes actuals, que requereixen una preamplificació mitjançant PCR llarga que afegeix errors i biaixos de seqüència, i les limitacions de la seqüenciació de lectura curta. Un altre fet que afegeix més complexitat es la presència de NUMTs (seqüències del genoma nuclear que són similars a les seqüències d'ADN mitocondrial). La seqüenciació del genoma sencer de lectura llarga podria superar les limitacions dels mètodes de seqüenciació de lectura curta però pot suposar un cost molt elevat per a la detecció del grau d'heteroplasmia de les mutacions de l'ADNmt i no pot assegurar la lectura completa de l'ADNmt.

Per superar aquestes limitacions, investigadors del Vall d'Hebron Institut de Recerca (VHIR) i el Centre Nacional d’Anàlisis Genòmic (CNAG-CRG) han desenvolupat un nou mètode adreçat de forma selectiva a l'ADNmt que permet seqüenciar cada molècula d'ADN mitocondrial natiu de manera directa i la molècula completa en una sola lectura. L'estudi s'ha publicat a la revista Nature Communications.

El mètode aprofita la circularitat de l'ADNmt que després del tall i linealització de Cas9 determina l'inici i el final de cada molècula d'ADN. Les posicions específiques de tall permeten la multiplexació de diverses mostres en una sola prova mitjançant GridIon, un seqüenciador de nanopors de lectura llarga. Les dades de seqüenciació s'analitzen amb un pipeline computacionalment eficient i precís, que es pot executar en un ordinador portàtil on el programari Baldur recentment desenvolupat, que detecta de manera eficient l'heteroplàsmia d'un sol nucleòtid per sota de l'1%, determinant físicament la fase i caracteritzant de forma precisa les delecions complexes.

"El nostre flux de treball és una eina única per aconseguir una cobertura alta i uniforme al llarg del genoma mitocondrial. Juntament amb el seu pipeline analític, és una eina prometedora per a la investigació translacional que pot omplir un buit en l’estudi actual del diagnòstic molecular de les malalties relacionades amb l'ADNmt. Aquesta aproximació reforça als estudis de població de l’ADNmt, evitant els biaixos que poden proporcionar els NUMTs", explica Marta Gut, cap de la Unitat de Seqüenciació del CNAG-CRG i coautora de correspondència de l'estudi.

“En aquests moments és un mètode per aplicar en el context de la recerca. No obstant això, en el futur es podria introduir com a prova general per al diagnòstic clínic de pacients que pateixen malalties mitocondrials", afirma Ivo Gut, líder del Grup de Genòmica Biomèdica i director del CNAG-CRG i coautor de l'estudi.

"Estem satisfets amb la sensibilitat i l'especificitat del mètode per detectar les variants de nucleòtids únics i, al mateix temps, la capacitat per a una caracterització precisa de les delecions de l’ADNmt. La quantificació acurada de les variants aporta un benefici addicional. Això ens ha permès unificar diversos procediments analítics diferents que eren necessaris fins ara en un únic flux de treball senzill. El flux de treball analític presentat dona resposta a un repte en el camp de les malalties relacionades amb l'ADNmt. La tècnica de seqüenciació de molècula única de l'ADN mitocondrial representa un avenç metodològic important tant a nivell sanitari com de recerca", comenta la Dra. Elena Garcia-Arumí, coautora del treball i investigadora principal del Grup de Recerca en Patologia Neuromuscular i Mitocondrial del VHIR i cap del Laboratori de Genètica de l’Hospital Universitari Vall d’Hebron.

L'estudi ha comptat amb investigadors del VHIR, de l'IRB Barcelona i de diversos grups del CNAG-CRG. Aquesta recerca ha rebut finançament del programa de recerca i innovació Horizon 2020 de la Unió Europea mitjançant el projecte EASI-Genomics i el projecte ERC Synergy BCLL@las. Ha comptat amb suport institucional per part de l'Instituto de Salud Carlos III i ha estat cofinançat amb els Fons Europeus de Desenvolupament Regional a través del "Programa Operativo FEDER Plurirregional de España (POPE) 2014-2020" i el "Programa Operatiu FEDER de Catalunya 2014-2020".