Calculadora de Número de Copias de ADN | Herramienta de Análisis Genómico

Calculadora del número de copias de ADN

Una calculadora del número de copias de ADN estima cuántas copias de una secuencia objetivo existen en una muestra de ADN. Funciona a partir de la concentración y el volumen de la muestra, así como de la frecuencia con que aparece la secuencia objetivo dentro de la secuencia de ADN más extensa. Los laboratorios de biología molecular utilizan este tipo de estimación para planificar experimentos como la qPCR (reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa) antes de realizar un ensayo más costoso y preciso.

Qué significa el número de copias de ADN

El número de copias de ADN es la cantidad de veces que una secuencia específica aparece en un genoma o una muestra. Un gen humano típico aparece dos veces, una heredada de cada progenitor. Varios factores pueden cambiar ese número.

• Amplificación: más de dos copias. Las células cancerosas suelen amplificar genes que impulsan el crecimiento, como HER2 en algunos tumores de mama.
• Deleción: menos de dos copias, a veces ninguna. Las deleciones pueden causar trastornos genéticos.
• Duplicación: aparece una copia adicional donde debería haber solo una o dos.
• Variación del número de copias (CNV): una diferencia en el número de copias entre individuos, presente en una parte considerable del genoma humano.

Fórmula del número de copias de ADN

La calculadora convierte las apariciones de la secuencia y la masa de la muestra en un número de copias mediante esta fórmula:

$\text{Número de copias} = \frac{\text{Apariciones} \times \text{Concentración} \times \text{Volumen} \times N_A}{\text{Longitud del ADN} \times 660 \times 10^{9}}$

Donde:

• Apariciones: cuántas veces aparece la secuencia objetivo en la secuencia completa de ADN; las coincidencias superpuestas se cuentan por separado.
• Concentración: concentración de ADN en nanogramos por microlitro (ng/μL), que normalmente se obtiene con un espectrofotómetro o un fluorómetro.
• Volumen: volumen de la muestra en microlitros (μL).
• $N_A$ — número de Avogadro, 6,022 × 10²³ moléculas por mol. Convierte los moles de ADN en un número de moléculas.
• Longitud del ADN: longitud de la secuencia completa de ADN, en pares de bases.
• 660 — la masa molar media de un par de bases de ADN, en gramos por mol (g/mol). Un par de bases son dos nucleótidos apareados, uno de cada cadena de ADN.
• 10⁹ — convierte nanogramos en gramos.

La fórmula convierte primero la masa de la muestra en moles de moléculas de ADN, multiplica por el número de Avogadro para obtener el número total de moléculas de ADN de la muestra y, después, multiplica por la cantidad de veces que aparece la secuencia objetivo en cada molécula.

Cómo calcular el número de copias de ADN: ejemplo resuelto

Considérese una secuencia de ADN de 12 pares de bases, ATCGATCGATCG, con una secuencia objetivo de ATCG, una concentración de 10 ng/μL y un volumen de 20 μL.

Paso 1: contar las apariciones. ATCG aparece 3 veces en ATCGATCGATCG, en las posiciones 1, 5 y 9.

Paso 2: calcular la masa total de ADN. Concentración × volumen = 10 × 20 = 200 ng.

Paso 3: convertir a moles. 200 ng = 2 × 10⁻⁷ g. Se divide entre (12 pares de bases × 660 g/mol) = 7.920 g/mol. El resultado es 2,53 × 10⁻¹¹ mol.

Paso 4: convertir a número de moléculas. Se multiplica por el número de Avogadro: 2,53 × 10⁻¹¹ mol × 6,022 × 10²³ moléculas/mol ≈ 1,52 × 10¹³ moléculas de ADN.

Paso 5: multiplicar por el número de apariciones. 3 × 1,52 × 10¹³ ≈ 4,56 × 10¹³, es decir, unas 45.621.212.121.212 copias.

Este número parece enorme porque una muestra de 20 μL a 10 ng/μL todavía contiene billones de moléculas cortas de ADN. Las muestras reales suelen utilizar secuencias mucho más largas, lo que reduce el número de moléculas para una misma masa.

Usos del análisis del número de copias de ADN

Diagnóstico del cáncer. Los laboratorios de anatomía patológica comprueban el número de copias de HER2 en tejido tumoral mamario. Una célula normal contiene dos copias. Un tumor amplificado puede contener seis o más, lo que afecta a la elegibilidad para recibir fármacos dirigidos como el trastuzumab.

Pruebas de enfermedades genéticas. Afecciones como el síndrome de DiGeorge implican la deleción de un segmento de cromosoma. El síndrome de Down implica una copia adicional del cromosoma 21 (trisomía 21). Contar las copias ayuda a confirmar estos diagnósticos.

Cuantificación de transgenes y plásmidos. Los investigadores comprueban cuántas copias de un gen insertado se incorporaron a una célula vegetal, animal o bacteriana. Por lo general, se prefiere una sola copia, porque varias copias pueden hacer que la célula silencie el gen.

Monitorización de patógenos y de la carga viral. Las estimaciones del número de copias permiten determinar cuánto ADN vírico o bacteriano está presente en una muestra, algo que se utiliza para monitorizar infecciones y realizar análisis ambientales.

Otros métodos para medir el número de copias

Esta calculadora proporciona una estimación rápida a partir de datos de secuencia y concentración. Los laboratorios que necesitan mayor precisión suelen utilizar uno de estos métodos:

• PCR cuantitativa (qPCR): amplifica y mide el ADN en tiempo real; alcanza una precisión aproximada de 15–20% con una buena curva patrón.
• PCR digital (dPCR): divide una muestra en miles de reacciones diminutas para realizar un recuento directo, sin necesidad de una curva patrón.
• Hibridación fluorescente in situ (FISH): cuenta visualmente las secuencias con un microscopio directamente en células o cromosomas; es el método estándar en muchos laboratorios de diagnóstico oncológico.
• Secuenciación de nueva generación (NGS): secuencia toda la muestra y determina el perfil del número de copias en todo el genoma de una vez.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el número de copias de ADN? Es el número de veces que una secuencia de ADN determinada aparece en un genoma o en una muestra. La mayoría de los genes humanos aparecen dos veces, una por cada progenitor. Las copias adicionales o ausentes pueden afectar a la salud y al riesgo de enfermedad.

¿Qué precisión tiene esta calculadora? Ofrece una estimación teórica basada en los datos introducidos, no una medición de laboratorio. La precisión depende de lo exacta que haya sido la medición de la concentración y de lo específica que sea la secuencia diana. Métodos como la PCR digital son más precisos para resultados que se vayan a publicar.

¿Se puede usar esta calculadora con ARN? No. El ARN usa uracilo en lugar de timina y un azúcar diferente, por lo que su masa molar difiere de la del ADN. El ARN tiene una masa molar media de unos 330 g/mol por nucleótido, frente a unos 660 g/mol por par de bases de ADN. Aplicar la fórmula del ADN a datos de ARN daría un resultado incorrecto.

¿Por qué una secuencia solapada cuenta más de una vez? La calculadora cuenta todas las posiciones en las que coincide la secuencia diana, aunque las coincidencias compartan letras. En ATATAT, la secuencia ATA coincide dos veces, en la posición 1 y en la posición 3, porque cada posición de inicio se comprueba de forma independiente.

¿Qué intervalo de concentración de ADN funciona mejor? Las concentraciones de 10–100 ng/μL dan las lecturas más fiables en los instrumentos de laboratorio habituales. Por debajo de 10 ng/μL, el error de medición aumenta y se recomienda un método más sensible, como un fluorómetro, en lugar de un espectrofotómetro estándar.

¿Se puede usar esta calculadora para estimar el número de copias de un plásmido? Sí. Introduzca la secuencia completa del plásmido como secuencia de ADN y una región única del inserto como secuencia diana, junto con la concentración medida del plásmido y el volumen de la muestra.

Referencias

1. National Human Genome Research Institute. Copy Number Variation (CNV). Glosario de genética del NHGRI: CNV — el número de copias de un segmento de ADN varía entre individuos.
2. National Institute of Standards and Technology. CODATA value: Avogadro constant. Constante de Avogadro del NIST — 6,022 140 76 × 10²³ mol⁻¹ (exacta).
3. MedlinePlus Genetics, U.S. National Library of Medicine. 22q11.2 deletion syndrome. Síndrome de deleción 22q11.2 — el síndrome de DiGeorge se debe a la deleción de un fragmento pequeño del cromosoma 22.
4. MedlinePlus Genetics, U.S. National Library of Medicine. Down syndrome. Síndrome de Down — la trisomía 21 significa tres copias del cromosoma 21 en lugar de dos.