Usos de la secuenciación genómica masiva en la agroalimentación

A comienzos del año 2001 se publicaron los dos primeros borradores del genoma humano. Fue el fruto del esfuerzo de 3.000 científicos durante diez años y su coste superó los 3.000 millones de dólares. Supuso una auténtica revolución en biología y creó la necesidad de secuenciar más genomas, impulsando el desarrollo de las llamadas plataformas de secuenciación genómica masiva que comenzaron a comercializarse en el 2005. Actualmente existen varias de ellas y mediante su uso se ha reducido notoriamente, en tiempo y en coste, la secuenciación (Figura 1). Como ejemplo citaremos que mediante su uso, hoy en día un auxiliar de laboratorio puede secuenciar un genoma humano en unas pocas semanas y por unos pocos miles de euros. En los próximos años aun avanzaremos más, de forma que antes de que acabe esta década se podrá secuenciar el mismo genoma en menos de 30 minutos y por menos de 200 a 300 euros en reactivos.

Como consecuencia del avance de la genómica masiva, hemos incrementado exponencialmente nuestro conocimiento molecular sobre las propiedades físico-químicas, organolépticas y nutricionales de las materias primas constituyentes de nuestros alimentos y de buena parte de sus ingredientes. Ahora, mediante el empleo de la bioinformática debemos empezar a digerir esta información.

Pero no es esta la única aplicación. Por ejemplo, es posible utilizar técnicas de lectura de los ARN mensajeros producidos tras la expresión de un gen o la exposición a ciertas condiciones. A esta tecnología se le denomina transcriptómica. Se puede usar para ver la expresión diferencial de genes cuando un organismo sencillo o un cultivo celular se alimenta con un determinado ingrediente o nutriente o con placebo. La interpretación de estos resultados transcriptómicos permite saber qué rutas metabólicas se alteran cuando se suministra ese ingrediente o nutriente. La consecuencia es disponer de un conocimiento muy intenso sobre los efectos moleculares de nuestros nutrientes o ingredientes, algo impensable en nutrición tan sólo unos años atrás.

Técnicas de la secuenciación genómica masiva

Muchas aplicaciones de la secuenciación genómica masiva en alimentación tienen que ver con la microbiología alimentaria. Por ejemplo, usando estas tecnologías es posible conocer todas las especies microbianas que están presentes en una muestra, se puedan cultivar o no. Las técnicas microbiológicas clásicas de cultivo en placa son muy ineficientes y sólo permiten detectar entre el 10 y el 60% de todas las especies microbianas presentes en la muestra. Para detectarlas mediante secuenciación genómica masiva basta con aislar todo el material hereditario presente en la muestra y amplificar de forma selectiva la parte del mismo correspondiente a bacterias, levaduras u hongos filamentosos. Usando las bases de datos públicas de genomas microbianos es posible inferir en muchos casos para cada una de esas secuencias el microorganismo de origen. A esa definición completa de todos los microorganismos presentes en una muestra o nicho ecológico se le denomina microbioma. En nuestra compañía tenemos una amplia experiencia en el manejo de esta técnica y ya hemos secuenciado más de 13.000 microbiomas. Las aplicaciones en el mundo de la agroalimentación son variadas. Se puede estudiar como determinados ingredientes funcionales, sobre todo probióticos, que afectan el microbioma digestivo del consumidor y relacionar estos resultados con la prevención a desarrollar determinadas patologías (diabetes, obesidad, inflamación intestinal, entre otras). También se puede determinar el microbioma de alimentos o bebidas fermentadas. Hemos realizado estudios de este tipo en derivados lácteos fermentados y productos cárnicos curados. Todos nuestros resultados indican que las fermentaciones alimentarias son procesos microbianos muy complejos, donde no sólo interviene el iniciador, sino que participan otras muchas especies microbianas. Por el contrario de lo esperado, todas ellas parecen influir en las propiedades organolépticas y en la seguridad alimentaria del producto final. Pero lo más importante es que mediante estas tecnologías s e pueden ver todos los microorganismos patógenos presentes en una muestra, no sólo bacterias, levaduras y hongos filamentosos, también todos los protozoos o los virus presentes en la misma.

Otra aplicación de la secuenciación genómica masiva en seguridad alimentaria es la detección de fraudes, sobre todo los debidos a mezclas indeseadas de materias primas. Para llevar a cabo este tipo de abordajes hay que amplificar y secuenciar un paquete de genes presentes en el genoma nuclear y en los genomas de los orgánulos.

Posteriormente, se comparan bioinformáticamente las secuencias obtenidas con las presentes en las bases de datos de genomas animales y vegetales ya secuenciados, lo que permite reconstruir las especies presentes en el alimento inicial.

La última aplicación de la secuenciación genómica masiva se basa en el estudio del genoma humano. Todos nosotros presentamos millones de mutaciones puntuales en nuestro genoma y algunas de ellas conllevan problemas alimentarios. Un caso claro es la celiaquía donde deben presentarse mutaciones determinadas en los genes que codifican algunos antígenos de histocompatibilidad para que la enfermedad aparezca. Se ha desarrollado una disciplina científica basada en el estudio de los genes cuyas mutaciones inducen este tipo de patologías ligadas a la nutrición que se llama nutrigenética. Esta disciplina estudia como mutaciones en genes determinados provocan metabolopatías que se pueden prevenir mediante una dieta adecuada y estilos de vida saludable. Otra disciplina similar, pero no idéntica, es la nutrigenómica que estudia como la ingesta de alimentos influye sobre la expresión de los genes. En ambas disciplinas la secuenciación genómica masiva es la herramienta con la que estudiar los problemas.

Podemos concluir que la aplicación de la genómica en la alimentación es una realidad, aunque está en sus albores. El futuro nos traerá muchas más sorpresas y nuestra empresa quiere estar en ese futuro muy presente, como lo ha estado hasta ahora.

Sabemos que estos desarrollos impactan y producen recelo. Es el miedo a lo desconocido, pero como en su día dijo Marie Curie, la científica más importante de toda la historia de la humanidad, “a lo desconocido no hay que tenerle miedo, simplemente hay que entenderlo”.

Ramón Vidal y F. M. Codoñer Cortés. Lifesequencing S.L.