Durante abril y mayo de este año, 14 personas en Estados Unidos fueron infectadas por un brote de Escherichia coli de origen alimentario. Una de ellas murió, y los responsables de salud pública siguen aún a la caza de la fuente del brote.

Este tipo de trabajo de investigación normalmente implica el uso de una técnica de ADN utilizada desde hace décadas para identificar y rastrear las cepas de los microbios responsables. Sin embargo, una tecnología para el análisis del genoma completo podría conducir a una identificación más rápida y a un análisis más exhaustivo. En términos más generales, la técnica podría ayudar a los investigadores a comprender mejor la estructura de los genomas (relacionada con la enfermedad o no) y el orden de los genes.

Las infecciones transmitidas a través de los alimentos son causadas por cepas de bacterias que producen una toxina potencialmente letal. Los investigadores utilizan enzimas para cortar el ADN sospechoso y crear un patrón de fragmentos de ADN en forma de escalera que resulta único para esa cepa. Al comparar el patrón con una biblioteca de microbios conocidos, pueden señalar al culpable bacteriano. Sin embargo, la técnica no realiza un seguimiento de las piezas cortadas de ADN en orden. Esto limita la capacidad de los investigadores para comprender el contenido genético de los microbios patógenos.

Una versión mejorada de una técnica conocida como mapeo óptico podría ofrecer una visión más ordenada del genoma del culpable. El mapeo óptico consiste en estirar piezas individuales de ADN a través de una placa de vidrio y después cortarlas con enzimas de secuencias específicas. La tensión en el ADN hace que, cuando es cortado, retroceda un poco y deje ver huecos fácilmente. Dado que el ADN se fija a una placa de vidrio, los investigadores pueden añadir el orden de los sitios de corte a su trabajo de investigación. De esta manera, cuando el tinte fluorescente para ADN ilumina el material genético cortado, una máquina puede medir la longitud de cada pieza, y el análisis computacional puede crear un mapa del genoma.

"Podemos crear mapas siguiendo el orden real de la secuencia que existe en ese cromosoma en particular", afirma Doug White, director ejecutivo de OpGen, que vende la tecnología de mapeo óptico.

El método no es solo útil para los responsables de salud pública. Aunque en el campo de la genómica se escucha constantemente la frase "secuenciación completa del genoma", las máquinas de secuenciación de ADN no ofrecen una imagen completa. Las secuencias se producen en partes y piezas que normalmente no se pueden ensamblar en un cromosoma completo. Mediante la combinación de la secuenciación del genoma con el mapeo óptico, los investigadores pueden lograr una imagen más integral.

Varios centros de secuenciación del genoma ya utilizan el mapeo óptico para intentar lograr un genoma verdaderamente completo. La posición de los genes en el ADN de un microbio puede afectar a su función, lo cual es una consideración importante para los genes responsables de la resistencia ante antibióticos o de la producción de toxinas.

Es más, el mapeo óptico puede revelar secuencias repetidas y otras peculiaridades estructurales en el genoma que las tecnologías de alto rendimiento de secuenciación quizá no capten. Al analizar los datos de la secuencia generados por esas tecnologías se puede suponer erróneamente que los pedazos de secuencia idénticos vienen del mismo lugar en el cromosoma, por lo que la secuencia final no refleja tantas copias como las que el cromosoma contiene realmente. Sin embargo, dado que el mapeo óptico mide la longitud real de los cromosomas, los científicos del genoma pueden determinar el verdadero número de repeticiones.

Mientras que las tecnologías de secuenciación de alto rendimiento pueden analizar fragmentos de ADN de aproximadamente 75 a 1.000 pares de bases de longitud, el mapeo óptico proporciona información con una longitud de 250.000 pares, según afirma OpGen. El director científico de la compañía, Rich Moore, asegura que la tecnología "ofrece información de amplio rango sobre todo el genoma".

Peter Gerner-Smidt, director del Laboratorio de Enfermedades Gastrointestinales del Centro para el Control de Enfermedades (CDC), indica que el coste de la tecnología la ha mantenido fuera del alcance de la salud pública. Sin embargo, el CDC está usando el mapeo óptico en la actualidad para facilitar la anotación de secuencias genómicas completas, y la agencia está "explorando si la tecnología puede usarse como suplemento en nuestra vigilancia", asegura.

El mes pasado, OpGen anunció que una docena de agencias de salud pública, incluyendo el CDC, se habían unido a un consorcio para evaluar el papel que la tecnología de la compañía podría desempeñar en la determinación del genotipo de las bacterias causantes de brotes.

La técnica ha sido utilizada por responsables de salud pública en otras áreas. En 2011, las autoridades de Alemania tardaron solo 48 horas en determinar que un brote de E. coli al que se culpaba de haber infectado a cerca de 850 personas y matar a 32 procedía de una única fuente de una cepa de la bacteria, que aparecía señalada por un patrón único y consistente en el mapa óptico.

Desde su fundación en 2002, OpGen se ha centrado en el genoma de microbios. No obstante, ahora señala que su análisis de datos ha mejorado hasta el punto en el que permite hacer mapas de los grandes cromosomas de los seres humanos. Los cambios en el genoma relacionados con el cáncer  a menudo incluyen reordenamientos cromosómicos que pueden llegar a alterar la función de los genes responsables de la regulación del crecimiento y la división celular. Algunas enfermedades neurológicas, tales como la enfermedad de Huntington y una forma de la enfermedad de Lou Gehrig, son causadas por repeticiones de ADN que se extienden hasta el punto de perturbar la función celular.

El número de repeticiones a menudo se correlaciona con la tasa de progresión de la enfermedad, señala Albert La Spada, médico y científico de la Universidad de California en San Diego (EE.UU.), que estudia el Huntington y otras enfermedades basadas en la repetición. Eso hace especialmente valioso el hecho de que el mapeo óptico sea tan apropiado para la determinación de un número anormal de repeticiones. Y puesto que la técnica analiza los cromosomas de forma individual, los investigadores podrían estar mejor informados sobre qué progenitor ha transmitido una enfermedad basada en la repetición. También podrían identificar variantes genéticas cercanas a la expansión de la repetición que podrían desempeñar un papel en la enfermedad. "Este tipo de enfoque podría encontrar su hueco", señala La Spada.