La variabilidad como fuente de información
2009/02/01 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
El genoma permite conocer quién es cada uno; permite poner nombre y apellido a los vivos. La identificación se puede realizar a diferentes escalas. Volviendo a la escala más pequeña, podemos descender hasta el nivel individual. Los que trabajan en esta escala son capaces de detectar la diferencia entre dos personas y, por ejemplo, saber quién ha sido el asesino de un asesinato, como en las investigaciones forenses que ahora están tan de moda en la televisión.
A veces trabajan a una escala mayor y realizan identificaciones más generales. Por ejemplo, en la industria alimentaria se ha publicado en más de una ocasión la defraudación de este tipo de establecimientos y la no comercialización del producto.
Estos fraudes se producen sobre todo en los alimentos que venden procesados: carne picada, pescado o paté en latas de conserva, quesos... En estos casos no es posible saber a simple vista de qué animal provienen de estos alimentos, ya que han perdido todas las características visibles que los caracterizan antes de llegar al comprador. El análisis del ADN de este producto permite determinar la especie a la que pertenece un determinado producto.
La comparación es la clave
El uso que se le da, el análisis de la escala que quieren estudiar, y para ello utilizan la técnica que utilizan, los científicos se basan en una cosa cuando analizan la variación del ADN: la comparación.
Siempre parten de una muestra; en una investigación forense puede ser un pelo y en una investigación de seguridad alimentaria, un trozo de paté de una lata de conserva. Para llegar a conclusiones de estas muestras, deben compararlas con algo de referencia.
Para averiguar a quién pertenece el pelo encontrado en el lugar de un asesinato, que es lo que le permite atribuir a esa persona concreta su presencia en el lugar del asesinato, lo compara con el ADN de los sospechosos. De la misma manera, para saber de qué animal es el paté en conserva, cogen un trozo de carne de esa lata y la compara con todas las especies posibles.
Sí, pero ¿qué comparan? El genoma humano, por ejemplo, tiene 3.000 millones de nucleótidos. No sería viable la comparación completa de genomas. En lugar de hacerlo, los científicos acuerdan en qué parte del genoma tienen que buscar cada cosa que quieren conocer. Las partes que elijan incluyen la variabilidad que se está buscando, lo que limita considerablemente el trabajo a realizar.
Para analizar cualquier parte del ADN, primero deben hacer visible dicha parte. De hecho, para poder detectar las herramientas y técnicas que utilizan en la actualidad, el ADN debe estar presente en cantidades muy elevadas, requiriendo millones de copias de ADN.
Por ello, el primer paso es ampliar la parte a analizar. Esta proliferación es conocida como amplificación, y para ello utilizan técnicas, reacciones en cadena de la polimerasa o PCR. El PCR permite obtener millones de copias de un fragmento de ADN. Dado que los científicos han consensuado qué regiones deben ser estudiadas desde el genoma para conocer una u otra información, sólo éstas son las que se multiplican.
En busca de la individualidad
Cuando el objetivo es separar a un individuo del resto de individuos de su especie, es decir, cuando quieren realizar una identificación individual, los científicos deben recurrir a características que hacen irrepetible a uno mismo. A primera vista no parece una tarea muy sencilla, ya que los individuos de una determinada especie comparten gran parte del genoma; en la especie humana, por ejemplo, el 99,9% del genoma es igual en todos los seres humanos.
Aunque el porcentaje restante es bajo, el número de nucleótidos no es, en absoluto, despreciable. Teniendo en cuenta que el genoma humano tiene 3.000 millones de nucleótidos, la diferencia entre un hombre y otro puede estar en tres millones nucleótidos.
Además, no todo el genoma presenta la misma tasa de variabilidad, algunas regiones son más variables que otras. Conviene mirar en estos casos a los que son muy variables, ya que habrá más posibilidades de encontrar diferencias en estas regiones.
Por ejemplo, las pequeñas secuencias de 2-4 nucleótidos aparecen repetidas varias veces seguidas y el número de copias es muy variable de un individuo a otro. Se denominan microsatelites aquellas partes del genoma que tienen una pequeña secuencia repetida.
Es normal que en una población aparezcan entre 6 y 8 alelos o versiones de una microsatélite determinada. El estudio de varios microsatélites permite determinar el sospechoso del pelo encontrado en el lugar de un asesinato. En definitiva, al tratarse de regiones tan cambiantes, existen muy pocas posibilidades de que la microsatélite del ADN presente en el cabello sea la misma que la del ADN de una persona que no es la propietaria del pelo.
El estudio se basa en otra característica común a las microsatélites: la estabilidad del genoma en ambos extremos. Por tanto, esto es muy útil para realizar el PCR antes mencionado. Poniendo como primer o 'iniciador' una parte que se asocie a esta secuencia estable, consiguen que la parte amplificada sea sólo microsatélite.
Después, una vez amplificada la parte del genoma que les interesa, llega el momento de la comparación. Para ello utilizan la técnica llamada electroforesis. Todos los microsatélites que estudian se mueven en un gel poroso (el piloso y los sospechosos). El gel poroso dificulta el movimiento del trozo de ADN: cuanto más largo sea una microsatélite, menos recorrido hará en el aula. Asimismo, su mayor longitud implica que en más ocasiones aparece repetida la secuencia de 2-4 nucleótidos. Así descubren el tamaño de cada microsatélite. Para averiguar quién es el asesino, las microsatélites de las que se sospechan tienen el mismo tamaño que las microsatélites sacadas del pelo.
La más reciente para la identificación individual
El método más utilizado para la identificación individual es el de las microsatélites. En los últimos tiempos, sin embargo, los científicos se muestran cada vez más propensos a abandonar las microsatélites para utilizar el denominado polimorfismo mononucleótido o SNP. Tiene muchas ventajas respecto a las microsatélites.
Las diferencias en un nucleótido son mucho más abundantes en el genoma que las microsatélites. En el caso del ser humano, por ejemplo, existe un SNP cada trescientos nucleótidos.
Además se pueden detectar muchos SNPs simultáneamente. En el caso de las microsatélites, la temperatura de elaboración del PCR y otras condiciones deben ser muy precisas para detectar cada microsatélite.
Existen varios métodos para encontrar SNPs, pero todos ellos tienen el mismo objetivo: determinar qué nucleótido hay en un punto concreto. Uno, por ejemplo, se basa en la hibridación.
En el caso de la hibridación utilizan sondas específicas. Las sondas son secuencias que se asocian al SNP buscado y a los nucleótidos adyacentes. Normalmente, en los lugares en los que aparecen los SNPs suele haber la posibilidad de que sólo aparezcan dos nucleótidos (de hecho, debería existir la posibilidad de que aparezcan cuatro nucleótidos, pero por alguna razón sólo dos).
Por tanto, una vez amplificada la región a estudiar, se introducen dos sondas para ver qué se asocia a la parte de ADN objeto de estudio. Las sondas se marcan de alguna manera para poder separarlas. Por ejemplo, si los marcan con fluorescencia, ponen diferentes colores a las sondas, y así saben en color cuál de las dos sondas se ha unido a la muestra y, por tanto, qué nucleótido es el contenido en ese SNP.
Diferenciación de especies
La identificación a nivel individual no siempre es útil. Cuando el objetivo es garantizar que el contenido de una lata de pates es de esta especie, de nada sirve la variabilidad que hay de un individuo a otro.
En estos casos se analizan otras regiones del genoma. Estas regiones deben ser lo suficientemente variables para ser diferentes de una especie a otra, pero deben ser estables para ser iguales en todos los individuos dentro de una misma especie.
El genoma de estas características no es buscado por los científicos en el núcleo celular, sino en las mitocondrias celulares. Y es que las mitocondrias tienen su propio ADN. La velocidad de variación de este ADN es adecuada para ser utilizado como separador entre especies.
Además, es mucho más abundante que el genoma del núcleo. Cada mitocondria tiene varias copias de ADN y cada célula tiene varias mitocondrias.
La técnica más utilizada actualmente para la separación entre especies es la PCR-FINS. Esta técnica está basada en la secuenciación. Cogen un individuo de cada especie y secuencian un fragmento de una región determinada del ADN mitocondrial (región que codifica parte de la enzima c citocromo oxidasa). De esta forma se ha creado una gran base de datos que indica la secuencia de cada especie en esta región.
Sólo tienen que coger un trozo de carne de la lata de paté que se está estudiando y secuenciar la región para saber qué carne de animal ha hecho ese paté.
El estudio del cambio en el genoma tiene otras once aplicaciones. Estos son sólo dos ejemplos. Sin embargo, son suficientes para advertir que la información almacenada en todas sus células es el documento de identidad más fiable.
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