De espárragos y test de paternidad

No hace mucho (y por suerte) he conseguido volver un poco a la ciencia gracias a una beca para el desarrollo de proyectos I+D+i del programa Emple@Joven en una EBT (Empresa de Base Tecnólogica) de la Universidad de Córdoba. 

Como es normal, la gente que me rodea me pregunta que es lo que estoy haciendo exactamente, y como suele pasar, no es fácil explicarles en profundidad lo que hago y al final se quedan con las labores más chistosas como "contar espárragos" o "hacer de jardinero". Así que en este post voy a intentar explicar un poco que es lo que hago en el laboratorio y con que fin se realiza.

En la empresa se encuentran trabajando actualmente (una de sus áreas) con espárrago, realizando una serie de análisis genéticos y morfológicos para caracterizar diferentes variedades. Entre estos análisis que se realizan podemos encontrar el conteo de turiones o tallos que surgen en las diferentes variedades plantadas en el campo de cultivo, observando las que son más precoces (surgen antes) y el calibre de los tallos (de ahí la gracia de "hoy te toca contar espárragos").

Pero esto se complementa con el trabajo en el laboratorio, siendo la parte más laboriosa. Mediante análisis genéticos se establecen unos marcadores que van a identificar a las diferentes variedades que se analizan y que servirán para poder reconocer a los padres de individuos que sean desconocidos a priori. 

Esto mismo es lo que se aplica para los test de paternidad en humanos y sigue más o menos el mismo procedimiento:

1º Se buscan secuencias en el ADN que sean muy polimórficas, es decir, que varíen mucho entre individuos de la misma especie. Entre las más utilizadas encontramos los microsatélites o SSR (Simple Sequence Repeat), que son secuencias simples de 2 a 6 pares de bases que varían en cuanto a sus repeticiones en cada individuo, dando lugar a alelos. Estas secuencias se pueden encontrar por diferentes métodos, que resultan algo complicados de explicar o de entender a veces incluso para mi.

2º Una vez encontrados esas secuencias (a partir de ahora usaremos como ejemplo los SSRs, que es lo que utilizo en mi caso) debemos poder diferenciarlas entre los diferentes individuos. Pero el ADN no es visible a simple vista, por lo que necesitamos aumentar la cantidad de ADN presente en una muestra para poder verlo y posteriormente analizarlo. Para ello, lo primero que se hace es extraer el ADN de un individuo (por una infinidad de métodos dependiendo del individuo del que se vaya a extraer). Una vez tenemos una muestra de ADN debemos amplificarlo de tal manera que tengamos la posibilidad de trabajar con el, para conseguir esto utilizamos la PCR o Reacción en Cadena de la Polimerasa, desarrollada por Kary Mullis en 1988.

A grandes rasgos la PCR se basa en amplificar una secuencia de ADN en la que se conocen las zonas flanqueantes, es decir, los limites de la secuencia mediante el uso de unos cebadores o primers y una proteína de la bacteria Thermus aquaticus cuya función es copiar el ADN. En la imagen siguiente se ejemplifica el funcionamiento de la PCR:

Los pasos a realizar son primero la mezcla del ADN, que va ser el molde, con la polimerasa (no se muestra en la imagen), los primers y los nucleótidos (los "ladrillos" del ADN). A continuación se realiza una separación de las cadenas de ADN (desnaturalización), después se produce la unión de los primers a la secuencia de ADN complementaria a sus secuencias (emparejamiento de bases), posteriormente se realiza la elongación de la secuencia, es decir, el copiado de la secuencia de ADN por parte de la polimerasa y por último, se separan las nuevas secuencias de ADN de la cadena molde. Esto es conocido como ciclo de amplificación y en una PCR suelen producirse una media de 20-30 ciclos de amplificación, por lo que si en un ciclo obtenemos 4 fragmentos, estos 4 fragmentos servirán de molde para el siguiente ciclo, por lo que el número de fragmentos aumenta exponencialmente con el número de ciclos, obteniéndose al final una gran cantidad de ADN (concretamente de la secuencia que nos interesa).

Pero aun con tantas copias de ADN no es posible aun verlo, por lo que requerimos de otra técnica de laboratorio más: la electroforesis en gel. Esta técnica se basa en la utilización de un gel de agarosa o poliacrilamida que tienen una estructura interna a modo de red o "piscina de bolas" por el que va a desplazarse el ADN cuando se le aplica un campo eléctrico. 

El ADN se encuentra cargado negativamente, así que se va a dirigir hacia el polo positivo dentro del gel, pero no todas cadenas van a ir a la misma velocidad, las más pequeñas serán capaces de "correr" más rápidamente que las grandes dentro del gel, produciéndose la separación de las cadenas de ADN por tamaños y mostrándose un patrón de bandas que se puede identificar y estudiar: 

En esta imagen podemos ver a la derecha el marcador de tamaño, que es la regla o guía que se utiliza para identificar el tamaño aproximado de los fragmentos amplificados, siendo la zona de abajo los fragmentos más pequeños y los de arriba los más grandes.

3º A pesar de estas técnicas utilizadas aun no es posible ver las diferencias entre los fragmentos amplificados, ya que las SSR se diferencian entre si unas pocas pares de bases, y no hay gel que defina tan finamente los tamaños de los fragmentos que se analizan, por lo que se debe recurrir al análisis de fragmentos (uno de los métodos que se utilizan). Este método es una forma de separar los fragmentos muy útil, ya que puede distinguir fragmentos que se diferencian en muy poco tamaño. Para ello se debe realizar un paso previo a este análisis, que es el marcaje del ADN o el de los primers antes de la PCR con un color o fluoróforo, que al pasar por un láser emitirá una luz que el programa del analizador identificará con un tamaño determinado, obteniéndose unas gráficas como las siguientes:

Cada pico corresponde un tamaño de SSR para cada individuo (o diferentes alelos en un mismo individuo) y servirán para poder tener una base de datos de diferentes SSRs para un individuo y poder caracterizarlo a nivel genético.

Esta herramienta es muy útil ya que si tenemos un individuo del que no sabemos su origen podemos identificarlo mediante el análisis de sus SSRs y saber cuales son sus parentales. Esto es lo que se utiliza en los análisis de paternidad, cuando se quiere comprobar si un niño/a es hijo/a de sus padres se analizan determinados SSR y se comparan entre padre e hijo, si coinciden la descendencia es clara.

Espero que la entrada os guste y me haya explicado, sino, contactad conmigo para las mejoras. ¡Ya sabéis donde encontrarme!