Las mitocondrias son orgánulos celulares que generan la mayor parte de la energía necesaria para el funcionamiento celular. Producen el 90% de la energía que nuestro cuerpo necesita para su funcionamiento.

Las mitocondrias, a diferencia de otros orgánulos celulares, tienen su propio ADN (ADNmt) de solo 16.569 pares de bases que codifican para funciones vestigiales de lo que antes era un organismo endosimbiotico. El ADNmt se transmite de la madre a sus hijos y se puede utilizar para establecer vínculos familiares maternos. Sin embargo, y lo que es más importante, muchas mutaciones de la línea germinal o del ADN somático en el genoma mitocondrial están asociadas a diversas enfermedades humanas y al envejecimiento.

El estudio del ADN mitocondrial es un reto teniendo en cuenta la problemática de los métodos analíticos actuales, que requieren una preamplificación mediante PCR largo que añade errores y sesgos de secuencia y las limitaciones de la secuenciación de lectura corta. Otro proceso que añade mayor complejidad es la presencia de NUMTs (secuencias del genoma nuclear que son similares a las secuencias de ADN mitocondrial). La secuenciación del genoma entero de lectura larga podría superar las limitaciones de los métodos de secuenciación de lectura corta, pero puede suponer un coste muy elevado para la detección de la heteroplasmia del ADNmt y no puede asegurar la lectura del ADNmt.

Para superar estas limitaciones, investigadores del Vall d'Hebron Instituto de Investigación (VHIR) y el Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG-CRG) han desarrollado un nuevo método dirigido de forma selectiva al ADNmt que permite secuenciar cada molécula de ADN mitocondrial nativo de forma directa y la molecula completa en una sola lectura. El estudio se ha publicado en la revista Nature Communications.

El método aprovecha la circularidad del ADNmt que después del corte y linealización de Cas9 determina el inicio y el final de cada molécula de ADN. Las posiciones específicas de corte permiten la multiplexación de varias muestras en una sola prueba mediante GridIon, un secuenciador de nanoporos de larga lectura. Los datos de secuenciación se analizan con un pipeline computacionalmente eficiente y preciso, que se puede ejecutar en un ordenador portátil donde el software Baldur recientemente desarrollado detecta de forma eficiente la heteroplasmia de un solo nucleótido por debajo del 1%, determinando físicamente la fase y caracterizando de forma precisa las delaciones complejas.

"Nuestro flujo de trabajo es una herramienta única para conseguir una cobertura alta y uniforme a lo largo del genoma mitocondrial. Junto con su pipeline analítico, es una herramienta prometedora para la investigación traslacional que pueda llenar un vacío en los enfoques actuales del diagnóstico molecular de los trastornos relacionados con el ADNmt. Esta aproximación refuerza a los estudios de población de ADNmt, evitando los sesgos que pueden dar los  NUMTs", explica Marta Gut, jefa de la Unidad de Secuenciación del CNAG-CRG y coautora de correspondencia del estudio.

“En estos momentos es un método a aplicar en el contexto de la investigación. Sin embargo, en el futuro podría introducirse como prueba general para el diagnóstico clínico de pacientes que padecen enfermedades mitocondriales", afirma Ivo Gut, líder del Grupo de Genómica Biomédica y director del CNAG-CRG y coautor del estudio.

"Estamos satisfechos con la sensibilidad y la especificidad del método para detectar las variantes de nucleótidos únicos y, al mismo tiempo, la capacidad de caracterización precisa de las supresiones de ADNmt. La cuantificación precisa de las variantes aporta un beneficio adicional. Esto nos ha permitió unificar varios procedimientos analíticos distintos que eran necesarios hasta ahora en un único flujo de trabajo sencillo. El flujo de trabajo analítico presentado da respuesta a un reto en el campo de las enfermedades del ADNmt. La técnica de secuenciación de una molécula única del ADN mitocondrial representa un avance metodológico importante tanto a nivel sanitario como de investigación", comenta la Dra. Elena Garcia-Arumí, coautora del trabajo e investigadora principal del Grupo de Investigación en Patología Neuromuscular y Mitocondrial del VHIR y jefa del Laboratorio de Genética del Hospital Universitario Vall d'Hebron.

El estudio ha contado con investigadores del VHIR, del IRB Barcelona y de varios grupos del CNAG-CRG. Esta investigación ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizon 2020 de la Unión Europea mediante el proyecto EASI-Genomics y el proyecto ERC Synergy BCLL@las. Ha contado con apoyo institucional por parte del Instituto de Salud Carlos III y ha sido cofinanciado con los Fondos Europeos de Desarrollo Regional a través del "Programa Operativo FEDER Plurirregional de España (POPE) 2014-2020" y el "Programa Operativo FEDER de Cataluña 2014-2020".