Uso de la PCR para evaluar la salud de las tortugas gigantes de Galápagos

Gislayne Mendoza es una biotecnóloga de Galápagos que trabaja con la Fundación Charles Darwin (FCD) y está financiada por Galapagos Conservation Trust (GCT). En este blog, explora el uso de una técnica científica específica llamada técnica de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) en un trabajo fascinante para evaluar la salud de las tortugas gigantes en peligro de extinción como parte de la Programa de Ecología del Movimiento de las Tortugas de Galápagos (GTMEP).

En el cálido mes de mayo de 2021, empecé a trabajar en la Estación Científica Charles Darwin con GTMEP. Como galapagueña, esta ha sido una gran oportunidad para regresar a casa después de terminar mi pregrado en Ingeniería Biotecnológica en la Universidad San Francisco de Quito y contribuir al estudio y conservación de nuestras icónicas tortugas gigantes.

Empecé a trabajar con la Dra. Ainoa Nieto, investigadora principal del GTMEP. Bajo su tutela, continuamos trabajando en el área de biología molecular, que se había interrumpido durante la pandemia de COVID-19. Mi trabajo consistía en detectar y analizar virus específicos en tortugas de Galápagos mediante la técnica de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR). Pero... ¿qué es realmente una PCR?

La PCR es una técnica que se utiliza desde que el Dr. Kary Mullis la descubrió en 1990, pero que ha adquirido fama mundial a raíz de la reciente pandemia. A pesar de que casi todo el mundo en el planeta ha oído esta palabra en los últimos dos años, o incluso se ha sometido recientemente a una PCR, es muy probable que muchos no sepan exactamente qué es o por qué es tan importante para el diagnóstico de enfermedades. Esta técnica permite obtener millones de copias de un fragmento específico de ADN (ácido desoxirribonucleico) de un organismo vivo a partir de una pequeña muestra biológica. El ADN, como usted sabe, es donde se encuentra el material genético de cualquier especie. Estas copias exactas nos permiten identificar el ADN de esa enfermedad o patógeno que estamos estudiando. Por ello, analizando los resultados, podemos obtener información importante como, en nuestro caso, la existencia o no de determinados virus en las tortugas gigantes de Galápagos. Esta técnica es muy útil porque se puede utilizar para realizar otros análisis, como pruebas de paternidad, análisis forenses, detección de tráfico ilegal de fauna, etc.

Antes de que se inventara la PCR, estudiar el ADN era muy complicado porque esta estructura contiene una gran cantidad de información genética y detectar o aislar genes específicos era todo un reto. De hecho, una década antes de su descubrimiento, la clonación de genes era la última tecnología utilizada por los científicos para duplicar el material genético, pero el trabajo era laborioso y muy caro. Desde su creación hace tan sólo 32 años, la PCR ha llegado para quedarse como una herramienta tecnológica muy útil, ya que ha conseguido posicionarse en el campo de la ciencia hasta nuestros días y tenemos que agradecer a esta técnica la capacidad de detectar el SARS-CoV-2 en humanos.

Realizar una PCR es muy parecido a seguir una receta de cocina, necesitamos ‘ingredientes’, medidas, tiempos exactos y temperaturas ideales para obtener nuestro resultado. Entre los ingredientes está 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 en el colegio sobre esta molécula en forma de escalera girada en formato de hélice, que forma parte de todos los seres vivos del planeta Tierra. Además, necesitamos cebadores u oligonucleótidos, que son secuencias cortas de ADN diseñadas específicamente para ayudarnos a encontrar la región que queremos estudiar, y punto de partida para generar nuevas copias de ADN. Para completar nuestra lista, necesitamos algunos ingredientes importantes para extraer y copiar nuestro fragmento de ADN, como la solución tampón, los dNTP, la enzima Taq polimerasa y los iones de magnesio (Wages, 2005).

Una vez que tenemos todos los ingredientes, calculamos las proporciones adecuadas, en función del número de muestras que queramos analizar. Algo parecido a las cantidades que ponemos cuando preparamos una tarta y medimos los ingredientes en función del número de personas. Cuando tenemos nuestra mezcla exacta de ingredientes, la dispensamos en pequeños tubos y los llevamos a nuestro ‘horno’, conocido como termociclador. Se trata de un aparato que sube y baja la temperatura según la programación indicada. Este último paso es fundamental para obtener el resultado de nuestro ansiado ‘pastel’, ya que necesitamos varios ciclos con temperaturas idóneas para que la cadena de ADN se abra, se sinteticen nuevos fragmentos en cada ciclo y, finalmente, esas cadenas se cierren.

Para visualizar los fragmentos de ADN que nos interesan, se utiliza otra técnica con nombre galáctico, llamada Electroforesis. Se trata de una técnica de laboratorio que se encarga de separar las moléculas de ADN con la ayuda de una corriente eléctrica. Para este procedimiento, necesitamos un dispositivo que contenga una carga negativa en un extremo y una carga positiva en el otro. Por lo tanto, al insertar moléculas de ADN (que tienen carga negativa), éstas migrarán hacia el lado positivo, permitiendo detectar fragmentos de ADN en forma de bandas, mediante un contraste con luz ultravioleta (Michov, 2020). De esta forma, podemos determinar si las muestras que estamos estudiando son positivas para un determinado virus, gracias a la presencia de estas bandas, como se muestra en la siguiente imagen:

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

El uso de técnicas como la PCR puede ayudarnos a comprender mejor estos riesgos. Sólo podemos conservar lo que conocemos, por lo que es importante continuar este estudio en todas las especies de tortugas de Galápagos para catalogar los agentes infecciosos que están presentes, y apoyar la creación de planes de prevención, control y vigilancia de estas enfermedades, para que podamos conservar estas especies centenarias que están en riesgo. Gracias a mi participación en este proyecto, he tenido la oportunidad de adquirir experiencia teórica y práctica, tanto con nuevas técnicas de laboratorio para analizar la salud de las tortugas, como trabajando sobre el terreno y apoyando diferentes investigaciones dentro del programa. En el laboratorio, al igual que en la cocina, no siempre obtenemos resultados perfectos. Con mucha paciencia, he podido experimentar y probar diferentes ‘ingredientes’ para perfeccionar y resolver cada detalle, hasta conseguir ‘el pastel perfecto’.