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El ámbar y la genética del ADN - 1/2
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El ámbar y la genética del ADN

El ámbar y la genética del ADN

 

 

El ámbar y la genética del ADN

 

 

Texto: Analía A. Lanteri y Viviana A. Confalonieri

 

 

El ADN en el ámbar. La posibilidad de conocer el genoma de numerosas especies o poblaciones extinguidas ayuda a reflexionar sobre los procesos que dieron origen a la diversidad y la evolución de la vida en la Tierra. 

Desde que J. Watson y F. Crick propusieron en 1953 un modelo de la estructura del ácido desoxirribonucleico (ADN) que coincidía con las evidencias experimentales, los científicos hemos aceptado que esta molécula, presente en todos los seres vivos, es la depositaria de la información genética. Dicha información, transmitida de generación en generación, se registra como un código, el cual está determinado por el orden –o secuencia– de las bases nitrogenadas –la adenina, la timina, la citosina y la guanina– que forman parte esencial del ADN. El conjunto de las bases, y su ordenamiento, es lo que constituye el denominado genoma del organismo en estudio.

 

Los avances logrados en biología molecular y en el estudio del ADN en especial, desde el momento en que se comprendió su estructura, son asombrosos. Probablemente solo sean comparables a los cambios que se produjeron en el campo de la física teórica durante la primera mitad del siglo XX, cuando Albert Einstein expuso su teoría de la relatividad general y provocó un cambio en la manera de interpretar los fenómenos físicos. De la misma forma, los adelantos en biología molecular en las últimas décadas del siglo XX parecen haber derribado las limitaciones que impone el tiempo cronológico a los seres vivos. Por un lado nos han permitido proyectarnos hacia el futuro, ya que por medio de los procedimientos de clonación es posible perpetuar en el tiempo linajes que poseen las mismas características genéticas que sus progenitores; y por otra parte nos permiten regresar al pasado, mediante la reconstrucción de genomas de grupos de organismos extinguidos hace millones de años.

 

Los estudios del ADN nos ofrecen una nueva perspectiva de la realidad del mundo orgánico, abriéndonos paso a la lectura del texto más íntimo en la construcción de la vida. Sin embargo, por momentos, estos mismos estudios parecen alejarnos del mundo real y conducirnos al terreno de la ciencia-ficción, estimulando la imaginación de los especialistas y legos más audaces y entusiastas. 


Preservación del ADN ‘antiguo’ 

El ADN presente en las células de organismos muertos desde mucho tiempo atrás se encuentra degradado, ya que inmediatamente después del deceso se inician procesos de autólisis –en los que están implicadas enzimas propias del organismo– que provocan la descomposición de las sustancias orgánicas de los tejidos blandos. En una etapa posterior actúan otros agentes deteriorantes, tales como bacterias, hongos e insectos. El proceso de destrucción de los tejidos blandos puede ser lento, o incluso detenerse, dependiendo de ciertos factores ambientales o tratamientos artificiales, que contribuyen a su preservación.

Según la forma en que han sido preservados, los restos orgánicos se clasifican en secos, húmedos, encriptados o congelados. A la primera clase corresponden, por ejemplo, las momias indígenas de América del Sur. El clima seco y caluroso provoca una rápida pérdida de humedad en los cuerpos, lo cual detiene los procesos de autólisis y conduce a un estado de preservación denominado momificación natural. Los ejemplares de herbarios, huesos y plumas de aves encontrados en los museos, así como semillas ‘arqueológicas’, constituyen otros ejemplos de este tipo particular de preservación. Por otra parte, la misma humedad puede ayudar a la conservación de tejidos de origen animal o vegetal, siempre y cuando se generen condiciones anaeróbicas –o sea ausencia de oxígeno–, como en el sitio de Windover, Florida, Estados Unidos, donde se encontraron restos humanos enterrados en turba de los cuales se pudo extraer ADN de aproximadamente 7450 años de edad.

Una forma extrema de interrupción de los procesos de descomposición –y por lo tanto de fijación natural–, es la que ocurre en aquellos organismos que han quedado atrapados –o encriptados– en ciertas resinas de árboles del grupo de las coníferas que, al fosilizarse, producen una de las pocas gemas orgánicas conocidas, el ámbar. Existen numerosos ejemplos de insectos, plantas y aun vertebrados, de decenas de millones de años de antigüedad, incluidos en ámbar, en buen estado de preservación morfológica, y cuyo ADN se ha podido recuperar

Finalmente, las temperaturas muy bajas –y persistentes– son un factor de preservación inigualable del material orgánico. Así lo demuestran los estudios realizados en el ‘hombre de hielo’ encontrado en los Alpes tiroleses después de 5000 años, y los mamuts de Siberia, hallados en excelente estado de preservación luego de 20.000 a 40.000 años. En ambos casos fue posible extraer y analizar el ADN en forma exitosa. 

 

 

El estudio del ADN 

En las especies vivas solo basta con tomar una pequeña muestra de células –sean estas provenientes de la sangre, la piel, los músculos, etc.– , y conservarlas en un medio conveniente hasta el momento de su análisis. Generalmente, las muestras de material fresco –o el organismo entero, en caso de ser pequeño–, se colocan en un lugar refrigerado en frascos conteniendo alcohol absoluto, o directamente en un freezer de -70°C o -80°C.

El procedimiento de recuperación del ADN de especimenes arcaicos no dependerá de la especie en estudio, sino del tipo de proceso que permitió la preservación del tejido. Por ejemplo, si se desea estudiar el ADN de huesos, los mejores resultados se obtienen en aquellos que provienen de excavaciones recientes. Si se trata de material depositado en colecciones de museos, se deberán elegir los huesos más compactos y no usar las superficies externas, ya que estas pueden estar contaminadas con el ADN de otros organismos. El hueso debe ser lavado y mantenido en condiciones de baja humedad. Una vez realizados estos procedimientos, los huesos, o los tejidos secos o momificados a estudiar, se inspeccionan cuidadosamente con el microscopio óptico a los efectos de hallar núcleos celulares donde pueda haber ADN.

El ADN de plantas fosilizadas en el interior de rocas debe ser extraído directamente en el sitio, ya que es conveniente evitar que la materia orgánica quede expuesta a la desecación, el oxígeno, la luz solar, u otros factores externos que puedan alterarla.

La metodología de estudio del ADN antiguo es similar a la utilizada con el material fresco. Primero se aplica la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que permite amplificar el material, o sea preparar numerosas copias de un determinado fragmento de ADN. Es decir que aunque la cantidad inicial de ADN sea muy escasa, luego de la reacción de PCR se dispondrá de material suficiente como para proceder a su secuenciación, o sea la determinación del orden en que se encuentran ubicadas las bases nitrogenadas, responsables de la información genética que reside en el ADN. La secuenciación se realiza de forma automática, en varias etapas. Un método consiste en volver a amplificar el ADN por medio de una reacción de PCR especial, la cual permite la obtención de fragmentos fluorescentes, de distintos tamaños, los que son luego separados por electroforesis –los fragmentos migran en un gel al que se aplica un campo eléctrico; la velocidad de migración dependerá del tamaño del fragmento–. Durante este proceso un lector láser detecta la emisión fluorescente de cada fragmento la cual, a su vez, depende de la última base nitrogenada que se incorporó en cada uno de ellos en la reacción de PCR; es decir que de acuerdo con la fluorescencia emitida se identifica la base. Finalmente, esta información es transmitida a una computadora que transforma los datos obtenidos en la secuencia del fragmento.

Las secuencias de ADN de distintos individuos pertenecientes a la misma o diferentes especies se comparan mediante programas de computación que permiten detectar sitios de secuencias homólogas o equivalentes, lo cual permite elaborar los árboles filogenéticos o cladogramas. Estos diagramas expresan las relaciones de parentesco entre las unidades evolutivas analizadas.

 

 

Principales dificultades 

Recordemos que en el ADN las bases nitrogenadas están enfrentadas –apareadas–, por lo que la longitud de una molécula se expresa como número de pares de bases (pb). Cuando se estudia material fresco se logra amplificar fragmentos de miles de pb de largo. En cambio, en tejidos antiguos los fragmentos por lo general no exceden los 200pb, debido a la degradación del ADN que ocurre después de la muerte del organismo. El estudio de este ADN resulta entonces mucho más laborioso que el del fresco, ya que se deben amplificar numerosos fragmentos de corta longitud que abarquen, en lo posible, porciones de ADN superpuestas. De este modo, se obtienen secuencias de corta longitud que constituyen algo así como las piezas de un rompecabezas. Estas secuencias se superponen unas con otras analizando sus extremos coincidentes, de manera tal de recomponer una secuencia de ADN más larga. 

En el ADN antiguo suelen ocurrir daños que se van acumulando con el transcurso del tiempo. Ciertas reacciones de oxidación causan modificaciones en las bases nitrogenadas o pérdidas de las mismas, que provocan enlaces anómalos y roturas en la cadena de ADN. En consecuencia la molécula de ADN se degrada, alterándose la información genética. Por ejemplo, las bases nitrogenadas denominadas pirimidinas –como la citosina y la timina– se oxidan con facilidad, por lo que en material arqueológico se observan abundantes pirimidinas modificadas. Las purinas –adenina y guanina– también se oxidan, y así se produce 8-hidroxiguanina, de tal forma que en la reacción de PCR no se reconocerán correctamente dichas bases modificadas y se interrumpirá la reacción. 

La mayor dificultad que enfrenta el investigador que analiza el ADN antiguo es la posible contaminación de la muestra problema con el ADN de hongos, bacterias, parásitos e inclusive de células de la piel de los investigadores o curadores que hayan manipulado el material, o de restos de ADN de otros experimentos realizados en el mismo laboratorio. Para evitar este problema se deben llevar a cabo procedimientos estrictos con respecto a la selección y preparación del material de estudio, la elección de los ‘cebadores’ a utilizar en la técnica de PCR, y las condiciones de esterilidad del laboratorio donde se realizará el análisis.

De acuerdo con el investigador norteamericano Jeremy Austin, los requerimientos esenciales para demostrar la autenticidad del ADN antiguo son los siguientes:

Seleccionar ejemplares y muestras de estudio en los que se observe una buena preservación de las células y sus biomoléculas. 

Seguir procedimientos de laboratorio estrictos que minimicen la contaminación. 

Reproducir el experimento, es decir, obtener el ADN supuestamente antiguo, a partir de distintas extracciones y distintos tejidos de un mismo ejemplar, de diferentes especimenes, y en última instancia, en laboratorios independientes. 

Realizar la comparación –u homologación– de la secuencia obtenida con el universo de secuencias conocidas disponibles en las bases de datos –por ejemplo el GeneBank– mediante procedimientos informáticos adecuados. Estas secuencias deberán ser analizadas en un contexto filogenético, es decir, juntamente con secuencias de otras especies, vivientes o extinguidas, del mismo grupo taxonómico.

 

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