Laboratorio de Sistemaacutetica Molecular y Geneacutetica de Poblaciones

Centriacutefuga de vaciacuteo funcionando en el Laboratorio de Sistemaacutetica

Molecular Ivaacuten Acevedo

Xiomara Cantera

Ivaacuten Acevedo

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Determinar si hay comunicacioacuten entre dos poblaciones de minuacutesculos caracoles por queacute se extinguen las especies endeacutemicas de los riacuteos ibeacutericos descubrir si hay linces en determinada aacuterea el sexo de los pollos de unas rapaces en peligro el estado geneacutetico de poblaciones de langostas que se comercializan la procedencia de especies invasoras los procesos de especiacioacuten de peces en lagos la existencia de endemismos de aves en ciertas islas son algunos de los estudios que han sido posibles gracias al apoyo en investigacioacuten del Laboratorio de Sistemaacutetica Molecular que el MNCN ofrece a grupos de todo el mundo

Hace ya bastante que se habla del ADN con tanta naturalidad como se habla del tiempo Citamos tanto esta moleacutecula cuyo estudio presenta miles de aplicaciones posibles que da la impresioacuten de que trabajar con ADN es tan sencillo como comerse una manzana En cualquier serie relacionada con la crimino-logiacutea vemos coacutemo se hacen anaacutelisis de ADN con la misma velocidad que el protagonista se cambia de chaqueta

El ADN de cada especie estaacute formado por miles de genes y cada uno de ellos aporta una informacioacuten concreta sobre el organismo en cuestioacuten Un gen puede indicar el color more-no del pelo el tamantildeo de los dedos o las ins-trucciones necesarias para crear las proteiacutenas que ordenan las funciones de los seres vivos es decir la informacioacuten que nos permite se-guir vivos Cuando se secuencia la informacioacuten de un gen lo que se obtiene es un listado de cientos o de cientos de miles de letras que corresponden con las bases nitrogenadas de las que estaacute formado (adeninagA timinagT

citosinagC o guaninagG) Asiacute la informacioacuten de cada gen es una larguiacutesima combinacioacuten de estas cuatro letras que lo diferencia de todos los demaacutes

Elegir un libro entre miles

Igual que ocurre con el ADN tambieacuten se ha-bla sin parar de la secuenciacioacuten del genoma (la informacioacuten de todos los genes que po-see un organismo) Han secuenciado el geno-

ma del olivo del ser humano de la lechuga la mosca de la fruta el ratoacuten etc En los uacuteltimos tiempos hemos oiacutedo hablar tanto de ello que a veces nos olvidamos que la secuenciacioacuten completa del genoma de un organismo apa-rentemente sencillo como la mosca de la fru-ta Drosophila melanogaster requiere analizar la informacioacuten de sus 13600 genes La can-

En el laboratorio se conservan las muestras de estu-dio en etanol absoluto a 4ordmC Xiomara Cantera

ldquoEl laboratorio estaacute preparado para conservar las muestras

de estudio extraer aacutecidos nucleicos (ADN y ARN) y

proteiacutenas amplificar por PCR y clonacioacuten analizar geles o

preparar las muestras para su secuenciacioacutenrdquo

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Determinar si hay comunicacioacuten entre dos poblaciones de minuacutesculos caracoles por queacute se extinguen las especies endeacutemicas de los riacuteos ibeacutericos descubrir si hay linces en determinada aacuterea el sexo de los pollos de unas rapaces en peligro el estado geneacutetico de poblaciones de langostas que se comercializan la procedencia de especies invasoras los procesos de especiacioacuten de peces en lagos la existencia de endemismos de aves en ciertas islas son algunos de los estudios que han sido posibles gracias al apoyo en investigacioacuten del Laboratorio de Sistemaacutetica Molecular que el MNCN ofrece a grupos de todo el mundo

Hace ya bastante que se habla del ADN con tanta naturalidad como se habla del tiempo Citamos tanto esta moleacutecula cuyo estudio presenta miles de aplicaciones posibles que da la impresioacuten de que trabajar con ADN es tan sencillo como comerse una manzana En cualquier serie relacionada con la crimino-logiacutea vemos coacutemo se hacen anaacutelisis de ADN con la misma velocidad que el protagonista se cambia de chaqueta

El ADN de cada especie estaacute formado por miles de genes y cada uno de ellos aporta una informacioacuten concreta sobre el organismo en cuestioacuten Un gen puede indicar el color more-no del pelo el tamantildeo de los dedos o las ins-trucciones necesarias para crear las proteiacutenas que ordenan las funciones de los seres vivos es decir la informacioacuten que nos permite se-guir vivos Cuando se secuencia la informacioacuten de un gen lo que se obtiene es un listado de cientos o de cientos de miles de letras que corresponden con las bases nitrogenadas de las que estaacute formado (adeninagA timinagT

citosinagC o guaninagG) Asiacute la informacioacuten de cada gen es una larguiacutesima combinacioacuten de estas cuatro letras que lo diferencia de todos los demaacutes

Elegir un libro entre miles

Igual que ocurre con el ADN tambieacuten se ha-bla sin parar de la secuenciacioacuten del genoma (la informacioacuten de todos los genes que po-see un organismo) Han secuenciado el geno-

ma del olivo del ser humano de la lechuga la mosca de la fruta el ratoacuten etc En los uacuteltimos tiempos hemos oiacutedo hablar tanto de ello que a veces nos olvidamos que la secuenciacioacuten completa del genoma de un organismo apa-rentemente sencillo como la mosca de la fru-ta Drosophila melanogaster requiere analizar la informacioacuten de sus 13600 genes La can-

En el laboratorio se conservan las muestras de estu-dio en etanol absoluto a 4ordmC Xiomara Cantera

ldquoEl laboratorio estaacute preparado para conservar las muestras

de estudio extraer aacutecidos nucleicos (ADN y ARN) y

proteiacutenas amplificar por PCR y clonacioacuten analizar geles o

preparar las muestras para su secuenciacioacutenrdquo

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tidad de informacioacuten que contiene una mo-leacutecula de ADN ronda los 20000 millones de bits lo mismo que ocupariacutea una biblioteca con unos 4000 voluacutemenes seguacuten Wikipedia

Y es que el anaacutelisis molecular y geneacutetico ha revolucionado el mundo del conocimiento en muchos aspectos pero a pesar de su aparente

cotidianeidad extraer el ADN de una muestra bioloacutegica hacer anaacutelisis geneacuteticos elegir queacute gen estudiar de los miles que contiene cada ceacutelula es un trabajo que se puede definir de muchas maneras pero nunca como algo sencillo

Los anaacutelisis de ADN se utilizan para realizar estudios a nivel molecular En ciencias natu-

rales que es el campo que nos interesa este anaacutelisis nos puede ayudar a distinguir el sexo de un ejemplar diferenciar especies que pare-ciacutean la misma determinar la viabilidad geneacuteti-ca de una poblacioacuten o averiguar las aacutereas de distribucioacuten de distintas especies Cuando un grupo de investigacioacuten se plantea hacer anaacute-lisis moleculares para descubrir por ejemplo queacute determina los colores de las alas de una mariposa lo primero que tienen que decidir es queacute genes o grupo de genes va a estu-diar para descubrir coacutemo funciona en nuestro caso la pigmentacioacuten de las alas

Teacutecnicos y usuarios del laboratorio trabajando en diferentes etapas del proceso Servicio de fotografiacutea del MNCN Ivaacuten Acevedo y Xiomara Cantera

ldquoLa secuenciacioacuten del genoma de un organismo

aparentemente sencillo como la mosca de la fruta Drosophila

melanogaster requiere analizar la informacioacuten de sus

13600 genesrdquo

Pero iquestcoacutemo elegir la secuencia de genes para secuenciar Tenemos que volver a hablar de Drosophila melanogaster un organismo que se utiliza como modelo de estudio ya que tras antildeos de investigacioacuten se conoce la funcioacuten de casi todos sus genes Muchas veces ademaacutes de consultar la bibliografiacutea disponible los in-vestigadores extrapolan la informacioacuten sobre las moscas de la fruta y analizan los genes que

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determinan coacutemo son las alas o coacutemo se de-sarrollan para probar si funciona de la misma manera en otras especies Los investigadores eligen un gen o varios y prueban si su hipoacutete-sis se confirma pero si los resultados no son positivos hay que buscar nuevas dianas hasta dar con el gen concreto que afecta en nuestro caso a los colores de las alas de las mariposas

Teniendo en cuenta la ingente cantidad de informacioacuten que contiene cada moleacutecula de ADN nos podemos hacer idea de la dificultad y la cantidad de trabajo que supone buscar una paacutegina concreta entre los 4000 libros que guarda una moleacutecula de ADN en su interior

ldquoA veces dar con la informacioacuten que buscas puede ser una tarea ingente ya que te enfren-tas a muchiacutesimo trabajo y no tienes ninguna certeza de si obtendraacutes buenos resultadosrdquo explica Ivaacuten Acevedo responsable teacutecnico del laboratorio

El laboratorio

En el Laboratorio de Sistemaacutetica Molecular y Geneacutetica de Poblaciones se desarrollan teacutec-nicas moleculares para abordar fundamental-mente el estudio de procesos evolutivos y el anaacutelisis de variacioacuten geneacutetica para determinar la adscripcioacuten taxonoacutemica de una especie o

su estructura poblacional en la mayoriacutea de los casos con fines de conservacioacuten y gestioacuten

De esta forma el laboratorio estaacute prepa-rado para conservar las muestras de estu-dio extraer aacutecidos nucleicos (ADN y ARN) y proteiacutenas amplificar por PCR y clonacioacuten analizar geles preparar las muestras para su secuenciacioacuten o analizar a tiempo real la am-plificacioacuten de distintos marcadores molecula-res

Se trata de un servicio que pueden utilizar grupos de investigacioacuten tanto del propio Mu-seo como de otras instituciones Para Ivaacuten Acevedo ldquouno de los grandes valores del la-boratorio es la colaboracioacuten Aquiacute trabajan personas de diferentes grupos de investiga-cioacuten cientiacuteficos que colaboran codo con codo y que comparten la informacioacuten y las teacutecnicas Asiacute logramos mejorar los diferentes protoco-los y por tanto llegar a mejores resultadosrdquo

El primer paso para empezar a trabajar consiste en ordenar muy bien las muestras Es imprescindible que el material esteacute co-rrectamente marcado con etiquetas que de-ben tener la mayor informacioacuten posible de la muestra queacute es doacutende se recogioacute coacutemo se ha conservado a queacute estudio correspondehellip son datos que no pueden faltar

Trabajando a ciegas

La naturaleza de las muestras y su tamantildeo hace que gran parte de los procesos de es-traccioacuten de ADN se realice sin la comproba-

Un termociclador de PCR a tiempo real Xiomara Cantera

ldquoLa posibilidad de multiplicar

por PCR o clonacioacuten

la cantidad de ADN de partida que

puede ser miacutenimo hace

posible toda una serie de anaacutelisis

posteriores como la

secuenciacioacutenrdquo

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cioacuten visual de que se estaacute efectivamente ob-teniendo la cantidad y calidad necesaria para el estudio Las muestras con las que se trabaja en este campo proceden muchas veces de las colecciones cientiacuteficas antiguas que pese a su enorme intereacutes no siempre estaacuten conserva-das en un medio o condiciones idoacuteneas para obtener un ADN de calidad Si bien esto estaacute cambiando y los muestreos ya se realizan de forma que se conserven los aacutecidos nucleicos inalterados hay que tener en cuenta que lo que se pretende siempre que es posible es tomar la muestra miacutenima para no causar dantildeo al ejemplar de estudio y devolverlo a su me-dio sin perjuicios Esto hace que en muchas ocasiones se trabaje con muestras miacutenimas de sangre pequentildeas biopsias de tejido escamas plumashellip De esta forma se estudian los ejem-plares sin alterar su supervivencia

La PCR

Un avance decisivo fue el de la automatiza-cioacuten de la reaccioacuten en cadena de la polimera-sa (PCR por las siglas en ingleacutes de Polymerase Change Reaction) Estas siglas que forman par-te del vocabulario habitual de los cientiacuteficos que trabajan con genes describen la reaccioacuten en cadena de la enzima polimerasa que mul-tiplica el ADN Este progreso fue posible al encontrar bacterias en aguas termales cuyas enzimas por tanto resistiacutean las altas tempe-raturas Asiacute la amplificacioacuten resultoacute ser un proceso mucho maacutes simple iquestY por queacute es im-portante Porque la multiplicacioacuten de la can-

tidad de ADN de partida que como hemos visto puede ser miacutenimo (como ocurre en los anaacutelisis forenses tambieacuten) hace posible toda una serie de anaacutelisis posteriores como es la secuenciacioacuten En los uacuteltimos antildeos otros avan-ces tecnoloacutegicos como la llamada secuencia-cioacuten masiva ha permitido otro nuevo gran sal-to en la obtencioacuten de datos

Las secuencias de genes se incluyen habi-tualmente en bases de datos como GenBank de acceso gratuito La comprobacioacuten las se-cuencias obtenidas con las que se encuentran en esas bases permite corroborar la especie

que se estaacute analizando en determinados ca-sos o lograr informacioacuten de otras proacuteximas ldquoEsas consultas te confirman si tu muestra es correcta si estaba contaminada por tu propio ADN o quizaacute te descubran que te encuentras ante una nueva especie para la Cienciardquo

Toda esta secuencia de procesos teacutecnicos es el trabajo previo que un grupo de investiga-cioacuten que se proponga estudiar un organismo a nivel molecular debe emprender Son solo el principio para averiguar queacute hace que una mariposa luzca en sus alas unos colores de-terminados n

El anaacutelisis de los resultados con geles es el momento de comprobar si nuestra muestra tiene suficiente calidad Xiomara Cantera

ldquoUno de los valores del laboratorio

es la colaboracioacuten

entre cientiacuteficos que comparten la informacioacuten

y las teacutecnicas mejorando

los diferentes protocolos y resultadosrdquo