ADN ambiental: una forma de estudiar y proteger la vida marina

Cuando va a las playas, puede ver cangrejos ermitaños, peces, estrellas de mar, corales, tortugas, aves marinas y en algunas épocas, aguamalas. Si va en un bote, quizás podrá ver delfines y ballenas. Para estudiar la biodiversidad de los mares y océanos, los científicos usan métodos como redes, capturas, buceos o la observación directa. Pero ¿cómo podemos saber qué otras especies viven en el mar sin necesidad de capturarlas, perseguirlas o verlas?

Una de las herramientas que usan los científicos para el estudio de la biodiversidad es el ADN ambiental (ADNa) para detectar especies difíciles de observar, poblaciones de baja densidad y organismos invasores (Díaz-Ferguson 2012; Díaz-Ferguson & Moyer 2014).

Esta técnica no es invasiva y permite detectar la presencia de animales y otros organismos a partir de las huellas genéticas que dejan en el ambiente.

Todos los seres vivos liberan células y fragmentos de material genético. Los humanos sueltan células al bañarse o cuando se peinan. Cuando los animales caminan, corren, nadan o vuelan también liberan células a través de la piel, mucosidades, heces, orina, o cuando se reproducen. Estas pequeñas trazas pueden permanecer temporalmente en el ambiente y ser recolectadas y analizadas por los científicos.

En el caso de los organismos acuáticos, parte de ese material termina en el agua. Los investigadores pueden recoger una muestra de agua del mar, de un río, un lago o un estuario. Pero en esa botella no se encuentra únicamente el material genético de la especie que están buscando, también contiene ADN de bacterias, fitoplancton, zooplancton, peces, invertebrados y otros seres vivos que existen, o que estuvieron recientemente en ese lugar.

La muestra se preserva y posteriormente se filtra. En el filtro quedan atrapadas células, restos celulares y pequeños fragmentos de ADN. Luego, mediante técnicas moleculares y marcadores genéticos, los científicos pueden analizar ese material e identificar qué organismos dejaron esas señales.

El desafío para los investigadores consiste en encontrar las señales que permitan identificar las especies de interés, dentro de esa mezcla de información genética. Para lograrlo, se utilizan marcadores moleculares, que funcionan como una especie de “código de barras” genético. Estos permiten reconocer el ADN de una especie en particular o, dependiendo del análisis, identificar simultáneamente varias especies y conocer qué organismos forman parte de una comunidad.

No todas las especies liberan la misma cantidad de células en la misma tasa, dependiendo de la humedad, aspereza o capas de grasa de la piel y otras cualidades.

El término ADNa se comenzó a usar en la década de 1980 para detectar comunidades bacterianas en sedimentos marinos. Una década más tarde, se usó la técnica para monitorear las floraciones de fitoplancton y evaluar los cambios en la biomasa de las comunidades bacterianas. También se comenzó a clasificar el ADNa según el tamaño de las partículas.

A través de los años, se ha usado para evaluar especies, reconstruir sus comunidades, investigar la calidad del agua y salud humana. En 2008, el ADNa confirmó la presencia de una rana acuática invasora (Rana catesbiana) en Francia. En los Grandes Lagos de Norteamérica se demostró la eficacia del ADNa como herramienta de detección de la carpa plateada y la carpa cabezona asiática (Hypophthalmichthys molitrix y H. nobilis), ambas especies invasoras en sistemas de agua dulce.

En 2009, el ADNa era una técnica nueva en los Estados Unidos. El Dr. Edgardo Díaz-Ferguson, trabajó en un proyecto para desarrollar marcadores moleculares para la detección de los invasores de los Everglades de 2009 a 2014, produciendo 4 artículos científicos sobre esta metodología y la primera revisión en español sobre el mismo en 2014 (Díaz-Ferguson 2012; Díaz-Ferguson et al. 2014a-b; Moyer et al. 2014).

Entre 2022-2023, la Unesco hizo un programa piloto sobre ADNa en 21 sitios que son Patrimonio Mundial incluyendo, el Parque Nacional Coiba. En total, los científicos recogieron 500 muestras y detectaron la presencia de unas 4500 especies marinas.

“El ADNa es una técnica de detección de presencia o ausencia que ofrece una ‘fotografía genética’ de un ecosistema en un momento determinado. La muestra puede revelar qué organismos estaban presentes en un lugar y bajo determinadas condiciones: durante la marea alta o baja, en un estuario, un río o el mar abierto, cerca de la superficie o en aguas profundas, pero la composición de células en el agua cambia en otros momentos porque el agua es dinámica”, explicó Díaz-Ferguson, director ejecutivo de la Estación Científica Coiba AIP.

La herramienta no permite relacionar animales. “La técnica de ADNa no sustituye otros estudios genéticos realizados directamente sobre tejidos de animales, que permiten conocer, por ejemplo, las relaciones entre individuos o la estructura genética de una población. Debe ser validada y complementada con otros métodos para evitar falsos positivos y comprender la complejidad de los ecosistemas”, acotó el Dr. Díaz-Ferguson.

Por otra parte, un ecosistema léntico, donde el agua no se mueve y hay mucho DNA, no es lo mismo que una zona rocosa u otro ambiente costero. En ambientes dinámicos, como los ecosistemas tropicales, insulares y oceánicos, factores como la profundidad, temperatura, radiación solar, la actividad microbiana y las corrientes pueden influir en la persistencia, dispersión y degradación del ADN.

Por ello, el desarrollo de marcadores genéticos adecuados (sensitivos y específicos) y la comprensión de cómo se comporta el ADN y su dinámica en cada ambiente son fundamentales para interpretar correctamente los resultados.

“Aun con estos desafíos, el ADNa está transformando la manera en que los científicos estudian la biodiversidad y abre nuevas posibilidades para monitorear y conservar las especies con métodos cada vez menos invasivos”, dijo Díaz-Ferguson.

El Dr. Joel Sánchez-Gallego, investigador postdoctoral de Coiba AIP, ha estudiado bacterias y patógenos humanos, revelando la presencia de contaminantes fecales, incluso en sitios con plantas de tratamiento. Se ha encontrado una alta concentración de genes de resistencia antimicrobiana en los puntos donde se liberan aguas residuales tratadas. Mediante la secuenciación genómica y el estudio del ADNa, indaga cómo la resistencia afecta a la biodiversidad marina y a las cadenas tróficas (procesos de alimentación, energía y nutrientes entre las especies de un ecosistema).

Ariana Aguilar, tesista de la Universidad Marítima Internacional de Panamá, está haciendo su investigación en colaboración con la Estación Científica Coiba AIP, bajo la asesoría del Dr. Díaz-Ferguson. Busca identificar las especies de pepinos de mar presentes en el Parque Nacional Coiba, mediante herramientas genéticas y taxonómicas. La identificación se complementa con el estudio de las espículas, estructuras microscópicas en los pepinos de mar.

Una de las proyecciones más interesantes de la investigación es el desarrollo de un marcador genético que pueda ser utilizado para detectar los pepinos de mar mediante ADNa en una zona, sin necesidad de capturarlos.