Por Adriana Almeida
Hace unos días estuve en una conferencia de agrología [1] en Canadá y escuché una presentación sobre ADN ambiental que me pareció fascinante. El ADN ambiental o eDNA (acrónimo en inglés para ‘environmental DNA’) es una nueva técnica de campo que permite la determinación del material genético presente en una muestra ambiental de agua, suelo, sedimentos (de agua dulce o marinos), o hielo, sin la necesidad de colectar físicamente los organismos que están ocupando y utilizando el ecosistema [2]. Esta nueva técnica puede facilitar enormemente los esfuerzos del monitoreo de especies, poblaciones y comunidades, pues las técnicas de monitoreo tradicional presentan grandes dificultades como son la capacidad de identificar especies cripticas; de identificar acertadamente, a nivel de especie, organismos en diferentes estados de desarrollo; así como el evitar la captura de un gran número de individuos durante los muestreos para la ‘conservación’ de la especie; y la discrepancia que puede existir en los protocolos de muestreo entre investigadores [3].
¿Porqué podemos determinar material genético en diferentes medios naturales?
Todos los organismos dejamos muestras de nuestro material genético en los ambientes que utilizamos diariamente, pues reemplazamos nuestras células periódicamente, así como también se pueden encontrar nuestras células en los desechos que excretamos durante nuestras actividades metabólicas o cuando morimos. Uno de los hallazgos más importantes para el desarrollo de esta técnica, fue el descubrir que la molécula de ADN puede persistir en el ambiente desde semanas hasta miles de años, dependiendo del tipo de ambiente en el que se acumula [4].
¿Cómo funciona la técnica de eDNA?
El contenido de una muestra de eDNA es típicamente analizada por medio de la amplificación exponencial de moléculas de ADN en el laboratorio por medio de la reacción en cadena de la polimerasa (del inglés ‘polymerasa chain reaction o PCR’), seguido por la secuenciación del orden de los nucleótidos encontrados en las moléculas amplificadas de ADN. La amplificación se puede hacer utilizando cebadores para especies individuales, o por medio de ensayos para analizar múltiples especies, por medio del uso de cebadores genéricos. Igualmente, los avances en las técnicas de secuenciación de nueva generación (del inglés, next generation sequencing or NGS) han permitido el análisis de la biodiversidad presente en muestras ambientales por medio de la técnica conocida como ‘DNA metabarcoding’ para genes específicos localizados principalmente en la mitocondria en animales, así como en cloroplastos en plantas, pues genes en estos organelos pueden permitir la diferenciación de organismos a nivel de especie [5].
Los inicios del eDNA:
Los primeros estudios relacionados con eDNA se iniciaron en microbiología, en la búsqueda de lograr una mejor representación de las comunidades de microorganismos en sedimentos que no se basaran en metodología de cultivos de cepas en el laboratorio, pues esta técnica puede sesgar la representación de la biodiversidad microbiana debido a que no todos los microorganismos pueden ser cultivados en el laboratorio [7]. Los resultados obtenidos en esos estudios iniciales permitieron determinar la sensibilidad de la técnica (pues se pueden secuenciar moléculas individuales de ADN). Estos estudios iniciales en microorganismos inspiraron análisis similares de macro-organismos en sedimentos, estudios que han permitido identificar secuencias de ADN ancestrales, así como de organismos que utilizan dicho nicho actualmente (plantas y animales) [8].
Posibles beneficios de esta técnica:
- Es no invasiva, pues no hay que colectar especímenes de organismos
- Es altamente sensible, pues pueden detectarse moléculas individuales de ADN
- Se pueden muestrear todo tipo de medios (suelos, agua, hielo, nieve, sedimentos, aire)
- Fácil de muestrear en campo, pues solo requiere tomar una muestra del medio
- Las muestras pueden ser preservadas indefinidamente y ser re-analizadas
Otras futuras técnicas en proceso de ser desarrolladas:
Es posible que otras técnicas moleculares puedan ser implementadas en un futuro cercano para poder determinar el estado de perturbación de los ecosistemas, como son herramientas moleculares que evalúen tipo de proteínas o metabolitos que producen los organismos que habitan el ecosistema de interés.
Conclusiones:
Desde mi perspectiva como bióloga molecular quien trabaja actualmente en la implementación de regulaciones y políticas gubernamentales a las descargas industriales al ambiente, siento que finalmente se están construyendo enlaces que permiten aplicar técnicas de biología molecular en el monitoreo del estado de los ecosistemas antes y después de iniciar desarrollos industriales o urbanos en áreas de interés ecológico. El eDNA es una técnica molecular que está revolucionando el monitoreo de presencia/ausencia de especies en ecosistemas naturales, pues es una técnica muy precisa que se puede aplicar en cualquier momento del año; y al no ser invasiva, elimina la necesidad de colectar especímenes en las áreas de interés. Se espera que en un futuro, esta técnica se pueda complementar con el análisis de los niveles de perturbación de los ecosistemas por medio de otras técnicas como la proteómica o la metabolómica. Este tipo de información es fundamental para el monitoreo de los efectos de desarrollos urbanos e industriales en los ecosistemas y poder así, determinar cuáles son los programas de monitoreo y de mitigación necesarios para minimizar dichos impactos y preservar nuestros recursos naturales.
Glosario:
Agrología es un campo multidisciplinario que se dedica a la práctica de la ciencia en búsqueda de promover el conocimiento de los recursos naturales y en el soporte al desarrollo del sector agrícola y la salud de la sociedad, el medio ambiente y la economía.
DNA metabarcoding es la secuenciación simultánea de múltiples taxa en una misma muestra [6].
Referencias:
[1] https://www.bcia.com/about-bcia/what-agrology
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Environmental_DNA
[3] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006320714004443
[4] https://doi.org/10.1371/journal.pone.0005048
[5] doi: 10.1111/j.1365-294X.2012.05538.x.
[6] doi: 10.1111/j.1365-294X.2012.05470.x.
[7] https://doi.org/10.1016/0167-7012(87)90025-X
[8] doi:10.1038/nature12921
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