PCR en Tortugas Gigantes de Galápagos

En el cálido mes de mayo de 2021, empecé a trabajar en la Estación Científica Charles Darwin  con el Programa de Ecología de Movimiento de Tortugas de Galápagos (GTMEP por sus siglas en inglés). Como galapagueña, esta ha sido una gran oportunidad ya que logré regresar a mi tierra después de terminar mi pregrado de Ingeniería en Biotecnología en la Universidad San Francisco de Quito, para poder aportar en el estudio y conservación de nuestras icónicas tortugas gigantes. 

Comencé a trabajar con la Dra. Ainoa Nieto, Investigadora Principal del GTMEP. Bajo su tutela, reanudamos el trabajo en el área de biología molecular, que se había detenido durante la pandemia del COVID-19. Mi trabajo consistía en realizar la detección y análisis de virus específicos de las tortugas terrestres de Galápagos mediante la técnica de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR). Pero… ¿en qué consiste esto?
La PCR es una técnica que se ha utilizado desde que el Dr. Kary Mullis la descubrió en el año 1990, pero se ha hecho mundialmente conocida a raíz de la reciente pandemia. A pesar de que casi todas las personas del planeta han escuchado esta palabra en los últimos dos años, o incluso se han sometido a una PCR recientemente, es muy probable que muchas no sepan exactamente de qué se trata o por qué es tan importante y necesaria para el diagnóstico de enfermedades. Dicha técnica, permite obtener millones de copias de un fragmento específico del ADN (ácido desoxirribonucleico) de un organismo vivo, a partir de una pequeña muestra biológica. EL ADN, como ya saben, es dónde se encuentra el material genético de cualquier especie. Estas copias exactas permiten identificar el ADN de la enfermedad o patógeno que estamos estudiando. Es por tal razón que, al analizar los resultados, podemos obtener información importante como, en nuestro caso, saber si existe o no la presencia de ciertos virus en las tortugas gigantes de Galápagos. Esta técnica es muy beneficiosa porque puede ser utilizada para ejecutar otros análisis, como por ejemplo pruebas de paternidad, análisis forenses, identificación de especies en la detección de tráfico ilegal de animales silvestres, etc.
Antes de su aparición, estudiar el ADN era complicado debido a que esta estructura posee gran cantidad de información genética y su aislamiento y detección resultaba un reto. De hecho, una década antes de su descubrimiento, la clonación génica era la última tecnología que utilizaban los/as científicos/as para duplicar el material genético, sin embargo, era un trabajo laborioso y costoso. Por tal razón, la PCR llegó para quedarse como una herramienta tecnológica muy útil, desde su creación hace apenas treinta y dos años, ya que ha logrado posicionarse en el campo de la ciencia hasta el día de hoy, como, por ejemplo, en la detección de SARS-CoV-2 en humanos.
¿Qué necesitamos para llevar a cabo una PCR?

Realizar una PCR es muy parecido a seguir una receta de cocina, ya que necesitamos “ingredientes”, medidas, tiempos exactos y temperaturas ideales para obtener el resultado esperado. Entre los ingredientes se encuentra el fragmento de ADN “molde” que nos dará la información genética que necesitamos “copiar”. Aquí podemos recordar lo que nos enseñaron en las clases de biología del colegio con respecto a esta molécula en forma de escalera torneada en formato de hélice, que contiene letras y que forma parte de cada ser vivo del planeta Tierra. Además, necesitamos primers o cebadores, que son secuencias cortas de ADN específicamente diseñadas para unirse a la región que queremos estudiar, y que sirven como punto inicial para generar nuevas copias de ADN. Para completar nuestra lista, necesitamos algunos ingredientes, importantes para extraer y copiar nuestro fragmento de ADN, como son la solución tampón, dNTPs, enzima Taq polimerasa e iones de Magnesio (Wages, 2005).

Una vez que tenemos todos nuestros ingredientes, calculamos las proporciones adecuadas, dependiendo del número de muestras que queremos analizar. Algo similar a las cantidades que ponemos cuando preparamos un pastel y medimos los ingredientes según el número de comensales. Cuando conseguimos nuestra mezcla exacta de ingredientes, la dispensamos en pequeños tubos y éstos los llevamos a nuestro “horno”, más conocido como termociclador. Este dispositivo es un aparato que sube y baja la temperatura conforme a la programación que se le indique. Este paso es fundamental para obtener el resultado esperado o nuestro ansiado “pastel”, ya que necesitamos varios ciclos con temperaturas ideales para que se abra la cadena de ADN, se sinteticen nuevos fragmentos en cada ciclo, de forma exponencial, y finalmente se cierren esas cadenas. 

Para visualizar los fragmentos de ADN que nos interesan, se utiliza otra técnica con nombre galáctico: la electroforesis. Esta es una técnica de laboratorio que se encarga de separar las moléculas de ADN con ayuda de una corriente eléctrica. Para este procedimiento, se utiliza un equipo que contiene, en un extremo carga negativa y en el otro, carga positiva. Por ende, al insertar moléculas de ADN (la cual posee carga negativa), estas migrarán hacia el lado positivo, permitiendo así detectar los fragmentos de ADN en forma de bandas, usando un contraste con luz ultravioleta  (Michov, 2020). Así podemos determinar si las muestras que estamos estudiando son positivas a un cierto virus, gracias a la presencia de estas bandas, como se puede ver en la siguiente imagen: 

Dentro del GTMEP, el uso de PCR nos ha permitido describir cuatro nuevas especies de virus en las tortugas gigantes: dos adenovirus y dos herpesvirus. Aunque todo parece indicar que dichos virus son endémicos de las islas, es decir, que son especies que han evolucionado con su hospedador (las tortugas gigantes), también se sugiere que estos virus podrían causar enfermedades y dejar secuelas a largo plazo, sobre todo en animales que sufran inmunosupresión o estrés, por cautiverio o transporte.

El uso de técnicas como el PCR nos pueden ayudar a entender mejor estos riesgos. Solo podemos conservar lo que conocemos, por ende, resulta importante continuar con este estudio en todas las especies de tortugas de las islas para así describir los agentes infecciosos que están presentes, y apoyar en la creación de planes de prevención, control y vigilancia de estas enfermedades, con el fin de preservar estas especies centenarias que actualmente se encuentran en peligro de extinción. Gracias a mi participación en este proyecto, he tenido la oportunidad de ganar experiencia teórica y práctica, tanto con nuevas técnicas de laboratorio para analizar la salud de las tortugas, como trabajando en el campo y apoyando en diferentes investigaciones dentro del programa. En el laboratorio, igual que sucede en la cocina, no siempre obtenemos resultados perfectos. Con mucha paciencia he podido experimentar y probar con los diferentes “ingredientes” para perfeccionar y resolver cada detalle, hasta obtener “la torta perfecta”.

References
Garibyan, L., & Avashia, N. (2013). Research Techniques Made Simple: Polymerase Chain Reaction (PCR). Journal of Investigative Dermatology, 133(3). doi:10.1038/jid.2013.1
Kossakovski, F. (2021). The eccentric scientist behind the ‘gold standard’ COVID-19 test. Obtenido de https://www.nationalgeographic.com/science/article/the-eccentric-scientist-behind-the-gold-standard-covid-19-pcr-test
Michov, B. (2020). Electrophoresis: Theory and Practice. Berlin: CPI books.
Nieto-Claudin, A., Esperon F., Apakupakul, K, Peña, I., Deem, S.L (2021). Health assessments uncover novel viral sequences in five species of Galapagos tortoises.Transboundary and Emerging Diseases.
Wages, J. M. (2005). Polymerase Chain Reaction. Encyclopedia of Analytical Science, 243-246. doi:10.1016/B0-12-369397-7/00475-1