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Introducción al diagnóstico molecular
El diagnóstico molecular incluye todas las pruebas y métodos que analizan el ADN o ARN de un organismo para detectar una enfermedad o evaluar la predisposición a enfermedades. La relevancia del diagnóstico molecular es cada vez mayor en el laboratorio clínico. El objetivo de este método es determinar los cambios en la secuencia de ADN o en el nivel de expresión en genes involucrados en las enfermedades. El uso y aplicación de diagnóstico molecular está permitiendo avances continuos en investigación y tecnología.
El alcance del diagnóstico molecular en la medicina podría expandirse mucho más allá de las pruebas actuales de ácidos nucleicos. Los avances en este campo son importantes en la práctica de la medicina, salud pública, industria farmacéutica, medicina forense y el desarrollo de nuevos medicamentos. La aplicación de tecnologías moleculares que permiten un diagnóstico rápido abre la puerta a mejoras significativas en todas las áreas de la atención médica.
El diagnóstico molecular es un área dinámica y transformadora. Gracias al diagnóstico molecular es posible detectar y medir la presencia de material genético o proteínas asociadas con una condición de salud específica. Como resultado, se podría descubrir los mecanismos subyacentes de diferentes enfermedades y permitir a los médicos adaptar la atención a nivel individual. Esto facilitaría la práctica de la medicina de precisión.
La continua innovación tecnológica está aumentando la velocidad y el rendimiento del diagnóstico molecular. Un futuro en el que la secuenciación del genoma completo se realice de forma rutinaria no está muy lejos.
La automatización está permitiendo que se realice sofisticadas pruebas moleculares en todos los niveles de atención clínica. Esto permite diagnósticos más avanzados en todo el mundo. Este artículo expone algunos aspectos clave y la relevancia del diagnóstico molecular con algunos ejemplos específicos.
La función integral del diagnóstico
El diagnóstico es una parte integral y crítica del sistema de atención médica. Los resultados de pruebas y análisis influyen en una amplia gama de decisiones médicas. Desde las pruebas genéticas que informan el tratamiento personalizado contra el cáncer, hasta el cultivo microbiano que identifica el antibiótico adecuado para combatir una infección, las pruebas de diagnóstico brindan información crítica en cada etapa de la atención médica. Esto incluye la prevención, detección, diagnóstico, tratamiento y manejo exitoso de las enfermedades.
En términos generales, las dos principales áreas del diagnóstico son las imágenes “in vivo” y los diagnósticos “in vitro”. Las imágenes abarcan tecnologías como rayos X, ultrasonido, resonancia magnética o métodos radionucleares que producen imágenes del cuerpo, órganos y otras estructuras. El diagnóstico in vitro consiste en pruebas que se realiza a partir de una muestra del cuerpo; ya sea sangre, tejido, esputo, orina, etcétera. “In vitro” viene del latín que significa “en vidrio”, en referencia a la cristalería utilizada para contener muestras corporales durante el cultivo. El diagnóstico molecular es un subconjunto de diagnósticos in vitro y, por lo tanto, el alcance de este artículo se limita a este campo.
El laboratorio tradicional sigue siendo un pilar fundamental para las pruebas de diagnóstico. No obstante, cada vez más se realiza pruebas fuera del laboratorio; por ejemplo, en entornos de puntos de atención como hospitales, consultorios médicos y clínicas. Las pruebas de embarazo y las tiras reactivas de glucosa para el diagnóstico de la diabetes son ejemplos que están disponibles para los consumidores.
Las principales categorías del diagnóstico son la química clínica, inmunología, hematología, microbiología y diagnóstico molecular. La industria del diagnóstico continúa innovando en todas estas áreas importantes.
Aspectos clave para entender el diagnóstico molecular
Diagnóstico molecular es un término amplio que describe una clase de pruebas de diagnóstico que evalúan la salud de una persona literalmente a nivel molecular. Esto al detectar y medir secuencias genéticas específicas del ácido desoxirribonucleico (ADN), ácido ribonucleico (ARN) o las proteínas que expresan.
Un aspecto clave para entender la relevancia del diagnóstico molecular es que puede identificar genes, ARN y variaciones de proteínas que arrojan información sobre si una persona específica está predispuesta a tener una enfermedad. Además, puede señalar si realmente se padece un trastorno de salud o si es probable que una determinada opción de tratamiento sea efectiva para una enfermedad. Estas pruebas también pueden detectar y cuantificar la presencia de virus, bacterias o tipos de células específicos.
Muchos de los procesos corporales, tanto normales como anormales, así como los estados de salud o enfermedad, son impulsados por la interacción de nuestros genes y las proteínas que producen y que cumplen funciones específicas dentro del cuerpo. Por lo tanto, la capacidad de evaluar de forma rápida y precisa la salud de un individuo a nivel molecular está transformando verdaderamente la práctica de la medicina.
Medicina de precisión y biomarcadores
El término medicina de precisión, antes medicina personalizada, surgió del descubrimiento del campo molecular. La medicina de precisión considera los mecanismos moleculares subyacentes para permitir que el tratamiento evolucione y no se atienda a cada paciente con base en lo que tiene en común con otros pacientes —por ejemplo, cáncer de pulmón—, para tratarlos de manera individual. Es decir, un paciente que tiene una mutación genética específica en su cáncer de pulmón se asocia con un tipo específico de cáncer de pulmón.
El poder máximo de la medicina de precisión en cuanto al cáncer es la capacidad de tratar a grupos más pequeños con terapias adaptadas al perfil molecular de su cáncer individual. Cuando proteínas o secuencias genéticas específicas tienen una asociación conocida con una enfermedad o condición particular, a menudo se les denomina “biomarcadores”, porque son marcadores de esa condición o enfermedad.
La relevancia del diagnóstico molecular es que impulsa el descubrimiento continuo de biomarcadores a nivel de investigación. A su vez, esto conduce a tratamientos personalizados alrededor de estos biomarcadores. Como resultado, los diagnósticos moleculares desempeñan un papel crítico adicional al garantizar que se administre estas nuevas terapias a los pacientes correctos a través de un diagnóstico más preciso de la naturaleza exacta de su enfermedad. Esto ha producido la creación del diagnóstico complementario como campo de estudio. En este campo se utiliza una prueba de diagnóstico molecular para establecer la probabilidad de que una terapia específica sea efectiva para un determinado paciente.
Relevancia del diagnóstico molecular
El diagnóstico molecular actualmente proporciona la mayoría de las pruebas de laboratorio en enfermedades infecciosas y genéticas, y un número creciente en oncología. Son estas las áreas en las que el diagnóstico molecular es de especial relevancia.
Las pruebas de diagnóstico molecular pueden ayudar a una mujer a comprender la probabilidad de recurrencia de cáncer de mama. También pueden indicar al profesional de la salud qué medicamento es el tratamiento adecuado para un paciente con melanoma en etapa avanzada. Además, estas pruebas ayudan a que las parejas que buscan tener un bebé sepan si son portadoras de una mutación genética y, por lo tanto, corren el riesgo de que su hijo sea afectado.
Los diagnósticos moleculares pueden identificar múltiples cepas de virus respiratorios en una sola prueba. Asimismo, monitorear el nivel del virus del VIH en la sangre de un paciente para determinar qué tan bien está funcionando su tratamiento. De esta forma, el diagnóstico molecular está transformando la atención médica.
Hoy en día, un área de especial relevancia del diagnóstico molecular es la detección de enfermedades infecciosas, como la hepatitis, enfermedad diarreica, meningitis, tuberculosis, VIH, entre otras. De hecho, las enfermedades infecciosas son una de las áreas de mayor crecimiento dentro de este campo.
El campo molecular y el desarrollo de enfermedades
Hay registros del estudio de anatomía y patología general que se remontan cuando menos a la antigua Grecia. Sin embargo, fue la microscopía moderna y la patología celular las que permitieron un gran avance en la comprensión de la biología de la enfermedad a nivel celular.
Con la llegada del campo de la biología molecular, los científicos comenzaron a aislar y estudiar genes y productos bioquímicos que sirven como biomarcadores en células y tejidos humanos sanos y enfermos. Los microscopios modernos permiten observar las células, sus proteínas y estructuras subcelulares para notar cambios asociados con enfermedades. Así se empezó a comprender la resistencia a las enfermedades y la inmunidad, y por qué ciertas personas desarrollan enfermedades y otras no.
¿Pero cómo aprender acerca de los mecanismos que son la causa original de las enfermedades? Es necesario ir al nivel molecular para comprender las muchas formas en que las enfermedades pueden desarrollarse dentro de un individuo. El ADN es el material heredado que se encuentra en casi todas las células del cuerpo humano y rige la forma en que el organismo se desarrolla y funciona.
El ADN está compuesto de dos hebras helicoidales entrelazadas (doble hélice), cada una de las cuales es una cadena de cuatro bases químicas en secuencia variable: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). La adenina en una cadena se empareja con la timina en la cadena opuesta y la guanina se empareja con la citosina, formando lo que se conoce como “par de bases”. Los nucleótidos son los componentes estructurales básicos del ADN y ARN. Estos consisten en una base combinada con un grupo de azúcar y un grupo fosfato. Una hebra de ADN es una cadena de nucleótidos.
Gen: unidad funcional del ADN
Cada hélice completa de ADN humano contiene una secuencia de unos tres mil millones de pares de bases. La secuencia de las bases es más del 99% idéntica en todas las personas. El 1% de las secuencias diferentes es responsable de las diferencias que ocurren entre los humanos. Los genes, que son la unidad funcional del ADN, son segmentos de la cadena de ADN que varían en tamaño desde unos pocos cientos de bases hasta más de dos millones de bases.
Los genes producen ARN (ácido ribonucleico) a través de un proceso llamado transcripción. Esto a su vez dirige la producción de las proteínas que conforman la maquinaria de las células y, en consecuencia, las estructuras y funciones del cuerpo.
A esta producción de proteínas nos referimos como la “expresión” de los genes subyacentes. La especialización compleja o diferenciación de las células en todo el cuerpo es el resultado de que solo los genes específicos están activos en ciertas células en ciertos momentos. Por lo tanto, expresan proteínas relacionadas solo con las funciones de esas células.
Las diferencias en los genes entre los individuos y la expresión diferencial de esos genes en un individuo dado explican la diversidad fisiológica de nuestra raza, así como muchas de las enfermedades y condiciones de salud.
Tecnologías para el diagnóstico molecular
Cuando se sabe qué mutaciones específicas o conjuntos de mutaciones son biomarcadores asociados con una enfermedad, las pruebas de diagnóstico molecular pueden examinar los genes de un paciente para determinar si esas mutaciones están presentes. Estas pruebas pueden buscar solo ciertas variantes genéticas o mapear la secuencia completa de una parte específica del ADN para detectar todas las mutaciones en la secuencia.
Según la naturaleza del biomarcador en cuestión, los diagnósticos moleculares pueden evaluar el riesgo de una persona de desarrollar una enfermedad, determinar si una persona es portadora de una enfermedad hereditaria, evaluar enfermedades que están presentes pero aún no son sintomáticas o proporcionar un diagnóstico de los síntomas existentes.
En los diagnósticos modernos se emplea varias técnicas para detectar y cuantificar secuencias específicas de ADN o ARN, así como proteínas. La más importante de esas técnicas es la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Otras tecnologías de diagnóstico molecular incluyen:
- Hibridación in situ (ISH)
- Chips de ADN (microarrays)
- Espectrometría de masas
- Secuenciación de nueva generación (NGS)
Estándar de oro del diagnóstico molecular: PCR
Uno de los métodos esenciales que anteceden a muchos diagnósticos moleculares es la amplificación; es decir, el proceso de hacer copias de una secuencia específica de ADN o ARN encontrada en una muestra hasta que haya tantas copias que se pueda detectar y medir. Existen varias tecnologías de amplificación diferentes, pero la PCR es la más utilizada y se considera el estándar de oro del diagnóstico molecular.
La PCR es una herramienta poderosa para localizar segmentos cortos de un gen donde las mutaciones o variaciones críticas conocidas pueden conducir a alteraciones celulares asociadas con enfermedades. La PCR analiza la presencia de una porción de ADN que tenga una secuencia de bases conocida, empleando el mismo proceso enzimático utilizado por la replicación natural de ADN para amplificar o copiar rápidamente esa secuencia hasta que haya miles o millones de copias.
Debido a que la PCR se basa en la amplificación, tiene alta sensibilidad, lo que significa que puede detectar segmentos específicos de ADN que pueden estar presentes en niveles muy bajos en la muestra.
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Fuentes
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