1. ¿Qué son las técnicas -ómicas?

Genómica

Estudio integral de la secuencia, el funcionamiento, la evolución y el origen de los genomas, que es el conjunto del material genético de ADN tanto nuclear como del resto de orgánulos (mitocondrias, cloroplastos, o apicoplastos en el caso de algunos protozoos). Se estudia utilizando técnicas de secuenciación masiva que nos permiten secuenciar genomas completos o una gran parte del genoma utilizando librerías de representación reducida. Los genomas completos pueden ser de diferentes tipos en función del objetivo. Los genomas de alta calidad, son aquellos en los que se asigna cada secuencia a un cromosoma y se identifica la función de los diferentes genes (anotación). Estos genomas son muy difíciles de conseguir y frecuentemente se utilizan como genoma de referencia de una especie y se secuencian uno o dos individuos. La conservación de la muestra tiene que ser muy buena para conseguir ADN de alto peso molecular y poder obtener secuencias largas. Para secuenciar se utilizan distintas tecnologías que producen secuencias largas (PacBio, Oxford Nanopore) con otras que producen secuencias más cortas pero permiten obtener muchas lecturas (profundidad de secuenciación) (Illumina). Con esta información se pueden ensamblar los genomas. Por otra parte, cuando se quieren analizar muchos individuos en una población se pueden utilizar genomas completos o reducidos. Los genomas completos que se usan en este caso son genomas de cobertura baja (Low-coverage genomes). Cuando se analizan estos datos lo habitual es que las secuencias se mapeen (comparen) con genomas de referencia, para analizar la variabilidad entre individuos. Los genomas reducidos se construyen utilizando diferentes técnicas. Una de estas técnicas es RAD-seq (del inglés, restriction enzyme associated DNA sequencing), en la que se utilizan enzimas de restricción para fragmentar el genoma y seleccionar estos fragmentos y secuenciarlos. Ambos tipos de secuenciación genómica permiten identificar polimorfismos (del inglés, single nucleotide polimorfism o SNPs). Pero solo secuenciar genomas completos permite analizar otros tipos de variación genómica como la variación estructural.

Transcriptómica

Estudio del transcriptoma, que es el conjunto de todas las moléculas de ARN de una célula u organismo, incluyendo ARNm, ARNr, ARNt y también del ARN no codificante producido en las células (que no sirve para producir proteínas pero tiene otras funciones esenciales de regulación, estructura o señalización entre otras). A diferencia del genoma, el transcriptoma es más dinámico y es objeto de cambios debido a estímulos ambientales o desarrollo celular. Por esta razón cuando hablamos del transcriptoma hay que tener en cuenta que estamos haciendo una “foto” y estamos cuantificando las moléculas de RNA transcritas de un genoma particular en un momento concreto (Wang et al. 2009).

La secuenciación masiva del ARN empezó con el uso de microarrays. Actualmente también se usan técnicas de secuenciación masiva en la que el ARN se convierte en ADNc durante la preparación de las librerías y luego se secuencia utilizando las mismas técnicas que el ADN. El mayor reto técnico en el laboratorio a la hora de trabajar con transcriptomas es que a diferencia del ADN el ARN se degrada muy rápidamente, y eso conlleva limitaciones a la hora de trabajar con él y preservar las muestras. Actualmente se analiza el ARN utilizando principalmente dos metodologías, análisis de ARNm y análisis de ARN total. Para analizar el ARNm las muestras tienen que tener un ARN de muy buena calidad para que se pueda seleccionar el ARN usando la cola polyA. La ventaja de este método es que la preparación de estas librerías es universal y funciona para especies no-modelo. Para trabajar con ARN total se elimina el ARN ribosómico que supone un porcentaje elevado el ARN total. Aunque esta técnica es adecuada para muestras con ARN degradado, la eliminación de ARNr es más complicada en especies no-modelo donde hay que diseñar sondas específicas para eliminarlo. El mayor reto a la hora de analizar los datos es la cantidad de información genética disponible para la especie que estamos estudiando. Aunque para analizar los datos no es necesario tener un genoma de referencia, y se puede ensamblar “de novo”, la falta de información sobre las funciones de los distintos genes (anotación) limita las conclusiones que se pueden sacar.

Proteómica

Estudio de la relevancia funcional de todas las proteínas expresadas en una célula, tejido u organismo en un momento concreto, es decir, el proteoma. Puede estudiarse cómo varía un proteoma en diferentes situaciones o a lo largo del tiempo. Los análisis clave que se realizan implican: la identificación y cuantificación de proteínas; analizar sus funciones biológicas y su estructura; identificar el lugar donde se expresa o acumula la proteína; analizar las modificaciones postraduccionales que afectan a la activación, localización, estabilidad e interacción de la proteína con otras y, finalmente, analizar cómo las proteínas interactúan entre sí, y entender cómo, cuándo y dónde. Las técnicas que se usan para analizar las proteínas dependen del objetivo del estudio y tipo de muestra que tenemos. Estos análisis incluyen diferentes métodos. Los métodos basados en anticuerpos como el ELISA o Western-blot permiten identificar proteínas y cuantificar sus niveles de expresión con el uso de anticuerpos. La electroforesis en gel bidimensional (2D o 2D-PAGE) a día de hoy se usan frecuentemente para separar proteínas antes de análisis posteriores, y para ver expresión relativa. La cromatografía se puede usar para separar y purificar proteínas. Los microarrays se pueden usar también para, por ejemplo, medir los niveles de expresión, o caracterizar funciones de las proteínas. A día de hoy sin embargo el método más usado es la espectrometría de masas, que permite la separación y caracterización tanto de proteínas aisladas como en conjunto.

Metabolómica

Estudio de los procesos químicos que involucran todos los metabolitos, es decir, las biomoléculas con un tamaño molecular inferior a 1500 Da y que participan en el metabolismo celular endógeno, funcionan como fuentes de energía, tienen función de señalización o son intermediarios metabólicos con función moduladora de proteínas en sistemas biológicos complejos. Los metabolitos juegan un papel fundamental en el equilibrio homeostásico celular. El objetivo de la metabolómica es separar, caracterizar, detectar y cuantificar metabolitos. Para ello se usan una variedad de métodos analíticos que incluyen la resonancia magnética nuclear y espectrometría de masas (tanto cromatografía de líquidos como cromatografía de gases). Estos análisis pueden ser dirigidos, es decir, se seleccionan a priori una serie de metabolitos de interés o no dirigidos, que tiene como objetivo analizar todos los metabolitos de una muestra.